Энергетика работы мышц
Источником энергии в клетках является вещество аденозинтрифосфат (АТФ), которое при необходимости распадается до аденозинфосфата (АДФ):
АТФ → АДФ + энергия.
При интенсивной нагрузке имеющийся запас АТФ расходуется всего за 2 секунды. Однако АТФ непрерывно восстанавливается из АДФ, что позволяет мышцам продолжать работать. Существует три основные системы восстановления АТФ: фосфатная, кислородная и лактатная.
Фосфатная система
Фосфатная система выделяет энергию максимально быстро, поэтому она важна там, где требуется стремительное усилие, например, для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, боксеров и теннисистов.
В фосфатной системе восстановление АТФ происходит за счет креатинфосфата (КрФ), запасы которого имеются непосредственно в мышцах:
КрФ + АДФ → АТФ + креатин.
При работе фосфатной системы не используется кислород и не образуется молочная кислота.
Фосфатная система работает только в течение короткого времени — при максимальной нагрузке совокупный запас АТФ и КрФ истощается за 10 секунд. После завершения нагрузки запасы АТФ и КрФ в мышцах восстанавливаются на 70% через 30 секунд и полностью — через 3–5 минут. Это нужно иметь в виду при выполнении скоростных и силовых упражнений. Если усилие длится дольше 10 секунд или перерывы между усилиями слишком короткие, то включается лактатная система.
Кислородная система
Кислородная, или аэробная, система важна для спортсменов на выносливость, так как она может поддерживать длительную физическую работу.
Производительность кислородной системы зависит от способности организма транспортировать кислород в мышцы. За счет тренировок она может вырасти на 50%.
В кислородной системе энергия образуется, главным образом, в результате окисления углеводов и жиров. Углеводы расходуются в первую очередь, так как для них требуется меньше кислорода, а скорость выделения энергии выше. Однако запасы углеводов в организме ограничены. После их исчерпания подключаются жиры — интенсивность работы при этом снижается.
Соотношение используемых жиров и углеводов зависит от интенсивности упражнения: чем выше интенсивность, тем больше доля углеводов. Тренированные спортсмены используют больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком, то есть более экономично расходуют имеющиеся запасы энергии.
Окисление жиров происходит по уравнению:
Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.
Распад углеводов протекает в два шага:
Глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота.
Молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.
Кислород требуется только на втором шаге: если его достаточно, молочная кислота не накапливается в мышцах.
Лактатная система
При высокой интенсивности нагрузки поступающего в мышцы кислорода не хватает для полного окисления углеводов. Образующаяся молочная кислота не успевает расходоваться и накапливается в работающих мышцах. Это приводит к ощущению усталости и болезненности в работающих мышцах, а способность выдерживать нагрузку снижается.
В начале любого упражнения (при максимальном усилии — в течение первых 2 минут) и при резком увеличении нагрузки (при рывках, финишных бросках, на подъемах) возникает дефицит кислорода в мышцах, так как сердце, легкие и сосуды не успевают полностью включиться в работу. В этот период энергия обеспечивается за счет лактатной системы, с выработкой молочной кислоты. Чтобы избежать накопления большого количества молочной кислоты в начале тренировки, нужно выполнить легкую разогревающую разминку.
При превышении определенного порога интенсивности организм переходит на полностью анаэробное энергообеспечение, в котором используются только углеводы. Из-за нарастающей мышечной усталости способность выдерживать нагрузку истощается в течение нескольких секунд или минут, в зависимости от интенсивности и уровня подготовки.
Влияние молочной кислоты на работоспособность
Рост концентрации молочной кислоты в мышцах имеет несколько последствий, которые нужно учитывать при тренировках:
- Нарушается координация движений, что делает тренировки на технику неэффективными.
- В мышечной ткани возникают микроразрывы, что повышает риск травм.
- Замедляется образование креатинфосфата, что снижает эффективность спринтерских тренировок (тренировок фосфатной системы).
- Снижается способность клеток окислять жир, что сильно затрудняет энергообеспечение мышц после истощения запасов углеводов.
В условиях покоя на нейтрализацию половины молочной кислоты, накопившейся в результате усилия максимальной мощности, организму требуется около 25 минут; за 75 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Если вместо пассивного отдыха выполняется легкая заминка, например, пробежка трусцой, то молочная кислота выводится из крови и мышц намного быстрее.
Высокая концентрация молочной кислоты может вызвать повреждение стенок мышечных клеток, что приводит к изменениям в составе крови. Для нормализации показателей крови может потребоваться от 24 до 96 часов. В этот период тренировки должны быть легкими; интенсивные тренировки сильно замедлят восстановительные процессы.
Слишком высокая частота интенсивных нагрузок, без достаточных перерывов на отдых, приводит к снижению работоспособности, а в дальнейшем — к перетренированности.
Запасы энергии
Энергетические фосфаты (АТФ и КрФ) расходуются за 8–10 секунд максимальной работы. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Как правило, их хватает на 60–90 минут интенсивной работы.
Запасы жиров в организме практически неисчерпаемы. Доля жировой массы у мужчин составляет 10–20%; у женщин — 20–30%. У хорошо тренированных спортсменов на выносливость процент жира может находиться в диапазоне от максимально низкого до относительно высокого (4–13%).
| * Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ | |||||
| * Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ | |||||
| Источник | Запас (при весе 70 кг) | Длительность Дли- тель- ность интенсивной работы | Энергети- ческая система | Особенности | |
|---|---|---|---|---|---|
| Граммы | Ккал | ||||
| Фосфаты (фосфатная система энергообеспечения ) | |||||
| Фосфаты | 230 | 8* | 8—10 секунд | Фосфатная | Обеспечивают «взрывную» силу. Кислород не требуется |
| Гликоген (кислородная и лактатная системы энергообеспечения ) | |||||
| Гликоген | 300— 400 | 1 200— 1 600 | 60—90 минут | Кислородная и лактатная | При нехватке кислорода образуется молочная кислота |
| Жиры (кислородная система энергообеспечения ) | |||||
| Жиры | Больше 3 000 | Больше 27 000 | Больше 40 часов | Кислородная | Требуют больше кислорода; интенсивность работы снижается |
По книге Петера Янсена «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость».
Энергетические процессы в мышце
Содержание
Энергетические процессы в мышце [ править | править код ]
Естественно, что для совершения мышечного движения требуется энергия. В организме человека существуют разные источники энергии, которые последовательно включаются один за другим. Рассмотрим каждый из них.
АТФ [ править | править код ]
Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ, которая образуется в цитратном цикле Кребса. Под действием фермента АТФазы молекула АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.
АТФ + H2O = АДФ+ H3PO4 + энергия
Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФазной активностью и соответственно возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения.
Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2-5 первых секунд.
Креатинфосфат [ править | править код ]
Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.
АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.
Эта реакция получила название – реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.
Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в лёгкой атлетике приём креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоэффективен.
Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.
Энергетический метаболизм скелетных мышц [ править | править код ]
Алактатные механизмы [ править | править код ]
КФ обеспечивает запас энергии фосфата для ресинтеза АТФ из АДФ при наступлении сократительной деятельности (рис. 3):
КФ + АДФ Креатинкиназа К + АТФ (1)
В состоянии покоя мышечные волокна наращивают концентрацию КФ до пяти раз больше, чем АТФ. В начале сокращения, когда концентрация АТФ начинает падать, а АДФ повышаться вследствие ускорения разложения АТФ, массовая активность способствует образованию АТФ из КФ.
Хотя образование АТФ из КФ происходит быстро, требуя одной единственной ферментативной реакции (1), количество АТФ, которое может быть получено в результате этого процесса, ограничено начальной концентрацией КФ. Мышечные волокна также содержат миокиназу, которая катализирует образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ. АТФ и КФ, вместе взятые, могут обеспечить максимальную силу в течение 8—10 с. Таким образом, энергия, полученная от фосфагенной системы, используется для коротких всплесков максимальной мышечной активности, необходимых в легкой и тяжелой атлетике (забег на 100 м, толкание ядра или поднятие тяжестей).
Гликолиз [ править | править код ]
Хотя метаболизм по гликолитическому пути производит лишь небольшое количество АТФ из каждой усвоенной единицы глюкозы, он может обеспечить быстрый синтез большого количества АТФ при наличии достаточного количества ферментов и субстрата. Этот процесс может также происходить в отсутствие кислорода:
Глюкоза анаэробный быстрый гликолиз 2 АТФ + 2 лактата (2)
Глюкоза для гликолиза поступает либо из крови, либо из запасов гликогена. Когда исходным материалом выступает гликоген, из одной единицы потребленной глюкозы в результате фосфоролитического гликогенолиза образуется три молекулы АТФ. По мере того, как мышечная активность становится интенсивнее, для анаэробного расщепления гликогена мышц требуется все больше и больше АТФ, и, соответственно, увеличивается производство молочной кислоты. Анаэробный гликолиз может обеспечить энергию на 1,3-1,6 мин максимальной мышечной активности.
Образование молочной кислоты понижает уровень pH в мышечных волокнах. Это препятствует действию ферментов и вызывает боль, если удаление молочной кислоты происходит слишком медленно по сравнению с ее образованием.
Окислительное фосфорилирование [ править | править код ]
При умеренном уровне физической нагрузки, например, при беге на 5000 м или марафоне, большая часть АТФ, используемого для сокращения мышц, образуется путем окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет высвободить из глюкозы гораздо больше энергии по сравнению с отдельно взятым анаэробным гликолизом:
Жиры катаболизируются только с помощью окислительных механизмов, при этом выделяется много энергии. Аминокислоты тоже могут быть метаболизированы подобным образом. Три метаболических пути образования АТФ для сокращения и расслабления мышц показаны на рис. 3.
В течение первых 5
10 мин умеренной физической нагрузки главным потребляемым «топливом» является собственный гликоген мышц. В течение следующих 30 мин доминирующими становятся переносимые кровью вещества; глюкоза крови и жирные кислоты вносят примерно одинаковый вклад в потребление мышцами кислорода. По истечении этого периода все более важную роль приобретают жирные кислоты. Важно подчеркнуть взаимодействие между анаэробными и аэробными механизмами в образовании АТФ во время физической нагрузки. Вклад анаэробного образования АТФ больше при краткосрочной нагрузке высокой интенсивности, в то время как при более продолжительных нагрузках низкой интенсивности преобладает аэробный метаболизм.
Восстановление и кислородная задолженность [ править | править код ]
После того как физическая нагрузка закончилась, поглощение кислорода все еще остается выше нормы (табл.). С недавнего времени для обозначения кислородной задолженности используется также термин «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки». Сначала его уровень очень высок, пока тело восстанавливает запасы КФ и АТФ, возвращая тканям запасенный кислород, а затем в течение еще одного часа потребление идет на более низком уровне, пока удаляется молочная кислота. Поэтому ранние и последние фазы кислородной задолженности называют соответственно алактатной и лактатной кислородной задолженностью. Повышение температуры тела также говорит о более высокой скорости метаболизма и росте потребления кислорода.
Чем продолжительнее и интенсивнее физическая нагрузка, тем больше времени занимает восстановление. Например, на восстановление после полного истощения гликогена мышц зачастую требуется несколько дней, а не секунд, минут или часов, необходимых для восстановления запасов КФ и АТФ и удаления молочной кислоты. Физическая нагрузка большой интенсивности, вероятно, приводит к микротравмам мышечных волокон, и их восстановление занимает некоторое время.
Компоненты кислородной задолженности. После длительной, тяжелой физической нагрузки дыхание остается выше нормы для удовлетворения повышенной потребности в кислороде
Восстановление запасов кислорода в тканях(около 1 л)
Восстановление уровней креатинфосфата и других богатых энергией фосфатов (около 1-1,5 л)
Удаление молочной кислоты путем глюконеогенеза и другими путями (до 12 л)
Стимуляция метаболизма вследствие повышения уровня адреналина (около 1 л)
Дополнительное потребление кислорода в дыхательных мышцах и сердце (около 0,5 л)
Общее усиление метаболизма вследствие более высокой температуры тела*
Q10 – повышение температуры на 10 °С может удвоить скорость метаболизма, если клетки могут справляться с такими изменениями температуры
Откуда берется энергия для работы мышц?
- Train For Gain
- 04 Ноября 2016
- 0 комментариев
- 0
- 0
Работа мышцы связана со значительной затратой энергии. Из-за разной активности ее расход сильно отличается у разных людей. Суточные затраты энергии человека, который интенсивно тренируется больше чем в 2 раза превышают затраты человека, который не занимается спортом.
При физической нагрузке энергозатраты существенно возрастают за счет работы мышц. Они расходуют приблизительно 90 процентов всей энергии, тогда как в состоянии покоя их потребности составляют не больше 40 процентов. В некоторых органах человеческого организма при мышечной активности расход энергии может как увеличиваться, так и сокращаться.
Главным источником энергии при мышечной работе является АТФ. При реакции, которая носит название ферментативный гидролиз, происходит освобождении энергии АТФ.
АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + энергия.
Количество процессов, которые потребляют энергию АТФ, достаточно высоко, хотя содержание самой АТФ в мышцах невелико, приблизительно 0,4-0,5 процента от массы мышцы. Этих запасов хватает на 1-2 секунды работы мышцы с околомаксимальной интенсивностью.
Стабильная работа мышцы возможна лишь при концентрации АТФ в диапазоне 0,25 – 0,5 процента от ее массы.
Для поддержания высокого уровня концентрации АТФ при мышечной работе существует несколько способов ее восполнения, которые называют ресинтезом АТФ . Этот процесс выражается формулой:
АДФ +H3PO4 + энергия = АТФ + H2O
Ресинтез АТФ может быть двух видов. Первый – это аэробный, для осуществления которого нужен кислород, второй – анаэробный, который не требует его участия.
Аэробное окисление является основным процессом, с помощью которого осуществляется ресинтез АТФ при повседневной деятельности. Количество энергии, поставляемое аэробным окислением, во много раз превышает аналогичные показатели анаэробных. Основной «пищей» для этого процесса служат углеводы и жиры. В конце аэробного превращения образуются продукты распада H2O и СО2 которые легко выводятся из организма.
К недостаткам аэробного окисления по сравнению с анаэробными процессами можно отнести низкую скорость развертывания и ограниченную максимальную мощность.
У нетренированных людей аэробный ресинтез АТФ достигает своей максимальной интенсивности после 3-4 минут напряженной мышечной работы, у спортсменов это время значительно сокращается.
Анаэробные процессы ресинтеза АТФ имеют гораздо более высокую скорость развертывания и максимальную мощность.
Можно выделить три основных механизма ресинтеза АТФ:
- креатинфосфокиназная реакция, которую также называют креатинфосфатной;
- гликолиз;
- миокиназная реакция.
Креатинфосфатная реакция является самым быстро развертывающимся и обладающим самой большой мощностью механизмом ресинтеза АТФ, он достигает максимальной мощности уже через 1-3 секунды с начала интенсивной работы и предотвращает резкое снижение концентрации АТФ.
Так, креатинфосфатная реакция выполняет важную роль для обеспечения энергией кратковременных упражнений максимальной мощности (спринтерский бег, различные прыжки).
При исчерпании запасов креатинфосфата его основное количество восстанавливается в течение 3-8 минут, а полное восстановление – через 20-40 минут после завершения нагрузок.
К еще одному важному механизму ресинтеза АТФ относят также гликолиз. Он является начальным этапом расщепления углеводов (гликогена и глюкозы), который завершается образованием пировиноградной или молочной кислоты.
Гликолиз уступает креатинфосфатной реакции и по скорости развертывания, которая зависит от интенсивности выполняемого упражнения и тренированности человека, и по максимальной мощности. У тренированных людей гликолиз достигает максимальной мощности в течение 20-40 секунд после начала интенсивного упражнения. При регулярных тренировках можно увеличить скорость развертывания и мощность гликолиза.
Гликолиз характеризуется менее высокой энергетической эффективностью в связи с тем, что большое количество энергии, которая находится в углеводах, не освобождается, а сохраняется в молочной кислоте. Интенсивная работа приводит к быстрому истощению запасов гликогена в мышцах.
Гликолиз является основным механизмом энергообеспечения при выполнении упражнений с максимальной интенсивностью продолжительностью 30 – 180 секунд, например, при вольной борьбе или в гимнастике.
К анаэробным механизмам ресинтеза АТФ также относят миокиназную реакцию, которую еще называют «механизмом последней помощи». Она запускается тогда, когда все остальные процессы ресинтеза АТФ практически полностью себя исчерпают. Это случается при окончании очень интенсивной мышечной работы.
Вывод. Анаэробные процессы энергообразования являются основными во время выполнения непродолжительной интенсивной нагрузки, а работа с умеренной мощностью характеризуется практически полным аэробным энергообеспечением и возможностью длительного выполнения.
Энергетический обмен или откуда берется энергия для организма?
За счет чего человек двигается? Что такое энергетический обмен? Откуда берется энергия для организма? На сколько ее хватит? При какой физической нагрузке, какая энергия расходуется? Вопросов как видите много. Но больше всего их появляется, когда начинаешь эту тему изучать. Попробую облегчить самым любопытным жизнь и сэкономить время. Поехали…
Энергетический обмен – совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.
Для обеспечения движения (актиновых и миозиновых нитей в мышце) мышце требуется АденозинТриФосфат (АТФ). При разрыве химических связей между фосфатами выделяется энергия, которая используется клеткой. При этом АТФ переходит в состояние с меньшей энергией в АденозинДиФосфат (АДФ) и неорганического Фосфора (Ф)
АТФ + H2O ⇒ АДФ + Ф + Энергия
Если мышца производит работу, то АТФ постоянно расщепляется на АДФ и неорганический фосфор выделяя при этом Энергию (порядка 40-60 кДж/моль). Для продолжительной работы необходимо восстановление АТФ с такой скоростью, с какой это вещество используется клеткой.
Источники энергии, используемые при кратковременной, непродолжительной и продолжительной работе различные. Образование энергии может осуществляться как анаэробным (безкислородным), так и аэробным (окислительным) способом. Какие качества развивает спортсмен тренируясь в аэробной или анаэробной зоне я писал в статье «Пульс для бега и пульс при физической нагрузке (Пульсовые зоны)«.
Выделяют три энергетические системы, обеспечивающие физическую работу человека:
- Алактатная или фосфагенная (анаэробная). Связана с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет высокоэнергетического фосфатного соединения – КреатинФосфата (КрФ).
- Гликолитическая (анаэробная). Обеспечивает ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена и/или глюкозы до молочной кислоты (лактата).
- Аэробная (окислительная). Возможность выполнения работы за счет окисления углеводов, жиров, белков при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.
Энергообеспечение организма человека.
Источники энергии при кратковременной работе.
Быстродоступную энергию мышце дает молекула АТФ (АденозинТриФосфат). Этой энергии хватает на 1-3 секунды. Этот источник используется для мгновенной работы, максимальном усилии.
АТФ + H2O ⇒ АДФ + Ф + Энергия
В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.
Пополняется АТФ за счет КрФ (КреатинФосфат), это вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией в мышце. КрФ отдает молекулу Фосфата молекуле АДФ для образования АТФ, обеспечивая тем самым возможность работы мышцы в течение определенного времени.
Выглядит это так:
АДФ+ КрФ ⇒ АТФ + Кр
Запаса КрФ хватает до 9 сек. работы. При этом пик мощности приходится на 5-6 сек. Профессиональные спринтеры этот бак (запас КрФ) стараются еще больше увеличить путем тренировок до 15 секунд.
Как в первом случае, так и во втором процесс образования АТФ происходит в анаэробном режиме, без участия кислорода. Ресинтез АТФ за счет КрФ осуществляется почти мгновенно. Эта система обладает наибольшей мощностью по сравнению с гликолитической и аэробной и обеспечивает работу «взрывного» характера с максимальными по силе и скорости сокращениями мышц. Так выглядит энергетический обмен при кратковременной работе, другими словами, так работает алактатная система энергообеспечения организма.
Источники энергии при непродолжительной работе.
Откуда берется энергия для организма при непродолжительной работе? В этом случае источником является животный углевод, который содержится в мышцах и печени человека — гликоген. Процесс, при котором гликоген способствует ресинтезу АТФ и выделению энергии называется Анаэробным гликолизом (Гликолитическая система энергообеспечения).
Гликолиз – это процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Пируват). Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным.
При аэробной работе пировиноградная кислота (Пируват) участвует в обмене веществ и многих биохимических реакциях в организме. Она превращается в Ацетил-кофермент А, который участвует в Цикле Кребса обеспечивая дыхание в клетке. У эукариот (клетки живых организмов, которые содержат ядро, то есть в клетках человека и животных) Цикл Кребса протекает внутри митохондрии (МХ, это энергетическая станция клетки).
Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – ключевой этап дыхания всех клеток использующих кислород, это центр пересечения многих метаболических путей в организме. Кроме энергетической роли, Циклу Кребса отводится существенная пластическая функция. Участвуя в биохимических процессах он помогает синтезировать такие важные клетки-соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
Если кислорода недостаточно, то есть работа проводится в анаэробном режиме, тогда пировиноградная кислота в организме подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты (лактата)
Гликолитическая анаэробная система характеризуется большой мощностью. Начинается этот процесс практически с самого начала работы и выходит на мощность через 15-20 сек. работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 3 – 6 минут. У новичков, только начинающих заниматься спортом, мощности едва ли хватает на 1 минуту.
Энергетическими субстратами для обеспечения мышц энергией служат углеводы – гликоген и глюкоза. Всего же запаса гликогена в организме человека на 1-1,5 часа работы.
Как было сказано выше, в результате большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество лактата (молочной кислоты).
Гликоген ⇒ АТФ + Молочная кислота
Лактат из мышц проникает в кровь и связывается с буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма. Если уровень лактата в крови повышается, то буферные системы в какой-то момент могут не справиться, что вызовет сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону. При закислении кровь становится густой и клетки организма не могут получать необходимого кислорода и питания. В итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. Снижается скорость самого гликолиза, алактатного анаэробного процесса, мощность работы.
Продолжительность работы в анаэробном режиме зависит от уровня концентрации лактата в крови и степенью устойчивости мышц и крови к кислотным сдвигам.
Буферная емкость крови – способность крови нейтрализовать лактат. Чем тренированнее человек, тем больше у него буферная емкость.
Источники энергии при продолжительной работе.
Источниками энергии для организма человека при продолжительной аэробной работе, необходимые для образования АТФ служат гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты, внутримышечный жир. Этот процесс запускается при длительной аэробной работе. Например, жиросжигание (окисление жиров) у начинающих бегунов начинается после 40 минут бега во 2-й пульсовой зоне (ПЗ). У спортсменов процесс окисления запускается уже на 15-20 минуте бега. Жира в организме человека достаточно для 10-12 часов непрерывной аэробной работы.
При воздействии кислорода молекулы гликогена, глюкозы, жира расщепляются синтезируя АТФ с выделением углекислого газа и воды. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки.
Гликоген + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода
Образование АТФ с помощью данного механизма происходит медленнее, чем с помощью источников энергии, используемых при кратковременной и непродолжительной работе. Необходимо от 2 до 4 минут, прежде чем потребность клетки в АТФ будет полностью удовлетворена с помощью рассмотренного аэробного процесса. Такая задержка вызвана тем, что требуется время, пока сердце начнет увеличивать подачу крови обогащенной кислородом мышцам, со скоростью необходимой для удовлетворения потребностей мышц в АТФ.
Жир + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода
Фабрика по окислению жира в организме является самой энергоемкой. Так как при окислении углеводов, из 1 молекулы глюкозы производится 38 молекул АТФ. А при окислении 1 молекулы жира – 130 молекул АТФ. Но происходит это гораздо медленнее. К тому же для производства АТФ за счет окисления жира требуется больше кислорода, чем при окислении углеводов. Еще одна особенность окислительной, аэробной фабрики – она набирает обороты постепенно, по мере увеличения доставки кислорода и увеличения концентрации в крови выделившихся из жировой ткани жирных кислот.
Больше полезной информации и статей вы можете найти ЗДЕСЬ.
Если представить все энергообразующие системы (энергетический обмен) в организме в виде топливных баков, то выглядеть они будут так:
- Самый маленький бак – КреатинФосфат (это как 98 бензин). Он находится как бы ближе к мышце и запускается в работу быстро. Этого «бензина» хватает на 9 сек. работы.
- Средний бак – Гликоген (92 бензин). Этот бак находится чуть дальше в организме и топливо из него поступает с 15-30 секунды физической работы. Этого топлива хватает на 1-1,5 часа работы.
- Большой бак – Жир (дизельное топливо). Этот бак находится далеко и прежде, чем топливо начнет поступать из него пройдет 3-6 минут. Запаса жира в организме человека на 10-12 часов интенсивной, аэробной работы.
Все это я придумал не сам, а брал выжимки из книг, литературы, интернет-ресурсов и постарался лаконично донести до вас. Если остались вопросы — пишите.
Энергия для мышечных сокращений!
Движение любого сочленения осуществляется благодаря сокращениям скелетных мышц. На следующей диаграмме представлен метаболизм энергии в мышце.
Сократительная функция всех типов мышц обусловлена превращением в мышечных волокнах химической энергии определённых биохимических процессов в механическую работу. Гидролиз аденозинтрифосфата (АТФ) как раз и обеспечивает мышцу этой энергией.
Поскольку снабжение мускулатуры АТФ невелико, необходимо активировать метаболические пути к ресинтезу АТФ , чтобы уровень синтеза соответствовал затратам на сокращение мышц. Образование энергии для обеспечения мышечной работы может осуществляться анаэробным (без использования кислорода) и аэробным путем. АТФ синтезируется из аденозиндифосфата ( АДФ ) посредством энергии креатинфосфата, анаэробного гликолиза или окислительного метаболизма. Запасы АТФ в мышцах сравнительно ничтожны и их может хватить лишь на 2-3 секунды интенсивной работы.
Запасы креатинфосфата ( КрФ ) в мышце побольше запасов АТФ и они анаэробно могут быть быстро превращены в АТФ . КрФ – самая «быстрая» энергии в мышцах (она обеспечивает энергию в первые 5-10 секунд очень мощной, взрывной работы силового характера, например, при подъеме штанги). После исчерпания запасов КрФ организм переходит к расщеплению мышечного гликогена, обеспечивающего более продолжительную (до 2-3 минут), но менее интенсивную (в три раза) работу.
Гликолиз – форма анаэробного метаболизма, обеспечивающая ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена или глюкозы до молочной кислоты.
КрФ считается топливом быстрой реализации, который регенерирует АТФ , которого в мышцах незначительное количество и поэтому КрФ является основным энергетиком в течение нескольких секунд. Гликолиз более сложная система, способная функционировать длительное время, поэтому ее значение существенно для более длительных активных действий. КрФ ограничен своим незначительным количеством. Гликолиз же имеет возможность для относительно длительного энергетического обеспечения, но, производя молочную кислоту, заполняет ею двигательные клетки и из-за этого ограничивает мышечную активность.
Связан с возможностью выполнения работы за счет окисления энергетических субстратов, в качестве которых могут использоваться углеводы, жиры, белки при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.
Для пополнения срочных и кратковременных энергетических запасов и выполнения длительной работы мышечная клетка использует так называемые долговременные источники энергии. К ним относятся глюкоза и другие моносахара, аминокислоты, жирные кислоты, глицеролкомпоненты продуктов питания, доставляемые в мышечную клетку через капиллярную сеть и участвующие в окислительном метаболизме. Эти источники энергии генерируют образование АТФ путем сочетания утилизации кислорода с окислением носителей водорода в электронтранспортной системе митохондрии.
В процесс полного окисления одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ . При сопоставлении анаэробного гликолиза с аэробным расщеплением углеводов можно заметить, что аэробный процесс в 19 раз эффективнее.
Во время выполнения кратковременных интенсивных физических нагрузок в качестве основных источников энергии используются КрФ , гликоген и глюкоза скелетных мышц. В этих условиях главным фактором, лимитирующим образование АТФ , можно считать отсутствие необходимого количества кислорода. Интенсивный гликолиз приводит к накоплению в скелетных мышцах больших количеств молочной кислоты, которая постепенно диффундирует в кровь и переносится в печень. Высокие концентрации молочной кислоты становятся важным фактором регуляторного механизма, ингибирующего обмен свободных жирных кислот во время физических нагрузок длительностью 30—40 с.
По мере увеличения длительности физических нагрузок происходит постепенное снижение концентрации инсулина в крови. Этот гормон активно участвует в регуляции жирового обмена и при высоких концентрациях тормозит активность липаз. Снижение концентрации инсулина во время длительных физических нагрузок приводит к повышению активности инсулин зависимых ферментных систем, что проявляется в усилении процесса липолиза и увеличении освобождения жирных кислот из депо.
Важность этого регуляторного механизма становится очевидной, когда спортсмены допускают наиболее распространенную ошибку. Нередко, стараясь обеспечить организм легкоусвояемыми источниками энергии, за час до начала соревнований или тренировок они принимают богатую углеводами пищу или концентрированный, содержащий глюкозу, напиток. Такое насыщение организма легкоусвояемыми углеводами приводит через 15—20 минут к повышению уровня глюкозы в крови, а это, в свою очередь, вызывает усиленное выделение инсулина клетками поджелудочной железы. Повышение концентрации этого гормона в крови приводит к усилению потребления глюкозы в качестве источника энергии для мышечной деятельности. В конечном счете, вместо энергетически более выгодных жирных кислот в организме расходуются углеводы. Так, прием глюкозы за час до старта может существенно повлиять на спортивную работоспособность и снизить выносливость к длительной нагрузке.
Активное участие свободных жирных кислот в энергетическом обеспечении мышечной деятельности позволяет более экономно выполнять длительные физические на грузки. Усиление процесса липолиза во время физических нагрузок приводит к освобождению жирных кислот из жировых депо в кровь, и они могут быть доставлены в скелетные мышцы или использованы для образования липопротеинов крови. В скелетных мышцах свободные жирные кислоты проникают в митохондрии, где подвергаются последовательному окислению, сопряженному с фосфорилированием и синтезом АТФ .
Каждый из перечисленных биоэнергетических компонентов физической работоспособности характеризуется критериями мощности, емкости и эффективности (табл. 1).
Таблица 1. Основные биоэнергетические характеристики метаболических процессов – источников энергии при мышечной деятельности
Энергетические процессы в мышечной клетке. Энергия сокращения мышц.
Думаю, то, как осуществляется Сокращение мышц, вы для себя уяснили из предыдущей статьи, т.к. это очень важно. Теперь поговорим о том, как поддерживается движение миозинового мостика, откуда берется энергия для сократительных процессов в мышце.
Для всего нашего организма АТФ служит одним из основных источников энергии и мышечное волокно – не исключение. Напомню: аденезинтрифосфат (АТФ) – внутриклеточный источник энергии, поддерживающий все процессы, происходящие в клетке.
Как раз распад молекулы АТФ и протекает с выделением энергии, также в ходе распада выделяется ортофосфорная кислота, а АТФ превращается в аденезиндифосфат (АДФ).
При взаимодействии с нитью актина, головки миозиновых мостиков расщепляют молекулу АТФ, получая тем самым энергию для сокращения.
Однако следует понимать, что содержание «запасных» молекул АТФ в нашем организме невелико, поэтому для длительной работы мышц и, тем более, для интенсивных тренировок, нашему организму необходима энергетическая подпитка.
Восполнение энергетических ресурсов в мышце осуществляется тремя основными путями:
- Расщепление креатинфосфата. В ходе такой реакции, молекула креатинфосфата отдает свою фосфатную группу молекуле аденезиндифосфата (АДФ), в следствие чего АДФ снова превращается в АТФ, а креатинфосфат – в креатин.
Однако такая энергетическая подпитка длится весьма ограниченное время, поддерживая энергетический баланс мышц лишь в самом начале их работы. Связано это с малым запасом креатинфосфата в мышечных клетках. Далее в работу включаются гликолиз и окисление в митохондриях. - Гликолиз. В ходе данного химического процесса в мышце образуется две молекулы молочной кислоты – в результате распада молекулы глюкозы. Распад глюкозы происходит в саркоплазме при участии десяти специальных ферментов.
Распад одной молекулы глюкозы способен пополнить энергетические запасы двух молекул АТФ. Гликолиз весьма быстро восполняет мышечные запасы АТФ, т.к. происходит без участия кислорода (анаэробный процесс).
В мышечной ткани основной субстрат гликолиза – гликоген. Гликоген – сложный углевод, состоящий из разветвленных цепей глюкозных единиц. Основная масса углеводов в нашем организме накапливается в виде гликогена, сосредоточенного в скелетной мускулатуре и печени. Запасы гликогена во многом определяют объемы нашей мускулатуры и энергетический потенциал мышц. - Окисление органических веществ. Данный процесс происходит в митохондриях при участии кислорода (аэробный процесс), также для его протекания необходимо присутствие специальных ферментов. Доставка кислорода занимает определенное время, поэтому данный процесс запускается после расщепления креатинфосфата и гликолиза.
Окисление органических веществ осуществляется поэтапно: запускается процесс гликолиза, но еще несформировавшиеся молекулы молочной кислоты (молекулы пирувата) направляются в митохондрии для дальнейших окислительных процессов, в результате которых образуется энергия с выделением воды (Н2О) и углекислого газа (СО2). При помощи образовавшейся энергии формируется 38 молекул АТФ.
Если в результате анаэробного распада глюкозы (гликолиза) восстанавливается 2 молекулы АТФ, то аэробный процесс (окисление в митохондриях) способен восстановить в 19 раз больше молекул АТФ.
Вывод: молекула АТФ – основной и универсальный энергетический источник для мышечной активности, но запасы АТФ в мышечном волокне малы, поэтому постоянно пополняются расщеплением креатинфосфата, гликолизом и окислением органических веществ в митохондриях.
Причем гликолиз и окисление – основные пути восстановления АТФ, и каждому из этих способов соответствует свой тип мышечного волокна. Об этом мы поговорим в статье Красные и белые мышечные волокна.
Материалы данной статьи охраняются законом о защите авторских прав. Копирование без указания ссылки на первоисточник и уведомления автора ЗАПРЕЩЕНО!
Загрузка...