Энергообмен_в_мышцах

Энергообмен_в_мышцах

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.

Читайте также:  Диета_номер_8_при_ожирении_отзывы

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%).

Запасы энергии человека

* 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».

А. Энергетический обмен в мышечной ткани

Главная / — Далее Разделы / А. Энергетический обмен в мышечной ткани

Важнейшей функцией мышечного волокна является сократительная. Процесс сокращения и расслабления связан с потреблением АТФ (АТР), гидролиз которого катализирует миозин-АТФ-аза [1] (см. Сократительная система). Однако небольшой запас АТФ, имеющийся в мышцах, расходуется менее чем за 1 с после стимуляции.

Потребности работающей мышцы в АТФ удовлетворяются за счёт следующих ферментативных реакций: 1. Резерв в виде креатинфосфата. Быстрая регенерация АТФ может быть достигнута за счёт переноса фосфатной группы креатинфосфата на АДФ (ADP) в реакции, катализируемой креатинкиназой [2]. Однако и этот мышечный резерв «высокоэргического фосфата» расходуется в течение нескольких секунд. В спокойном состоянии креатинфосфат вновь синтезируется из креатина. При этом фосфатная группа присоединяется по гуанидиновой группе креатина (N-гуанидино-М-метилглицина). Креатин, который синтезируется в печени, поджелудочной железе и почках, в основном накапливается в мышцах. Здесь креатин медленно циклизуется за счёт неферментативной реакции [3] с образованием креатинина, который поступает в почки и удаляется из организма (см. Моча).

Читайте также:  Какие_признаки_нехватки_витамина_д

2. Анаэробный гликолиз. В мышечной ткани наиболее важным долгосрочным энергетическим резервом является гликоген (см. Сократительная система). В покоящейся ткани содержание гликогена составляет до 2 % от мышечной массы. При деградации под действием фосфорилазы гликоген легко расщепляется с образованием глюкозо-6-фосфата, который при последующем гликолизе превращается в пируват. При большой потребности в АТФ и недостаточном поступлении кислорода пируват за счёт анаэробного гликолиза восстанавливается в молочную кислоту (лактат), которая диффундирует в кровь (цикл Кори, см. Метаболическая регуляция мышечного сокращения).

3. Окислительное фосфорилирование. В аэробных условиях образующийся пируват поступает в митохондрии, где подвергается окислению. Окислительное фосфорилирование (см. Белки главного комплекса гисто-совместимости) — наиболее эффективный и постоянно действующий путь синтеза АТФ. Однако этот путь реализуется при условии хорошего снабжения мышц кислородом. Наряду с глюкозой, образующейся при расщеплении мышечного гликогена, для синтеза АТФ используются и другие «энергоносители», присутствующие в крови: глюкоза крови, жирные кислоты и кетоновые тела.

4. Образование инозинмонофосфата [ИМФ (IMP)]. Другим источником быстрого восстановления уровня АТФ является конверсия АДФ в АТФ и АМФ (АМР), катализируемая аденилаткиназой (миокиназой) [5]. Образовавшийся АМФ за счёт дезаминирования частично превращается в ИМФ (инозинмонофосфат) (см. Цитостатики), что сдвигает реакцию в нужном направлении.

Из всех способов синтеза АТФ наиболее продуктивным является окислительное фосфорилирование. За счёт этого процесса обеспечиваются потребности в АТФ постоянно работающей сердечной мышцы (миокарда). Вот почему для успешной работы сердечной мышцы обязательным условием является достаточное снабжение кислородом (инфаркт миокарда — это следствие перебоев в поступлении кислорода).

В высокоактивных (красных) скелетных мышцах источником энергии для рефосфорилирования АДФ служит окислительное фосфорилирование в митохондриях. В обеспечении этих мышц кислородом принимает участие миоглобин ((Mb) — близкий гемоглобину белок, обладающий свойством запасать кислород. В малоактивных скелетных мышцах, лишённых красного миоглобина и поэтому белых, главным источником энергии для восстановления уровня АТФ является анаэробный гликолиз. Такие мышцы сохраняют способность к быстрым сокращениям, однако они могут работать лишь короткое время, поскольку при гликолизе образование АТФ идёт с низким выходом. Спустя некоторое время мышцы истощаются в результате изменения pH в мышечных клетках.

Расщепление гликогена контролируется гормонами (см. Гормональный контроль). Процесс гликогенолиза стимулируется адреналином (через b-рецепторы) за счёт образования цАМФ и активации киназы фосфорилазы. Активация фосфорилазы наступает также при увеличении концентрации ионов Са 2+ во время мышечного сокращения.

Энергообмен в мышцах (Вырабатывание энергии)

Энергетический обмен является единственным источником энергии в человеческом организме. Собственно, весь процесс жизнедеятельности человека — от рождения до смерти — сопровождается непрерывным процессом преобразования определенных веществ с выделением необходимой энергии.

Энергообмен в мышцах (Вырабатывание энергии)

Из-за того, что в организме человека нет практически ни одного процесса, который мог бы обойтись без затрат энергии, расход энергетических запасов очень неравномерен. Даже в условиях интенсивной физической нагрузки на обеспечение работы мышц уходит не более 20% энергии. Остальная энергия тратится на другие процессы и выводится в виде тепла.

В состоянии же покоя, когда на работу скелетных мышц энергия затрачивается в очень малых количествах, она идет на обмен веществ, а избыток превращается в тепло.

Читайте также:  Велосипед_на_котором_ходят

Чтобы понять как происходит вырабатывание энергии углубимся немного в биохимию.

Как вырабатывается энергия в мышцах

Базовый принцип образования энергии в мышцах — фосфорилирование аденозиндифосфата и утилизация аденозинтрифосфата как непосредственного источника энергии.

Мышцы состоят из упругой мышечной ткани, которая образована из особых клеточных и физиологических единиц — мышечных волокон. Для живого организма самым важным свойством мышечной ткани является ее возможность сокращаться и растягиваться. Череда растяжений и сокращений и помогает нам двигаться: бежать, плавать, да и просто совершать элементарные движения.

Источником энергии для сокращения мышц служит нуклеотид АТФ (аденозинтрифосфат), из которого в процессе сокращений волокон вырабатывается АДТ (аденозиндифосфат). В свою очередь, продукты распада АДФ необходимы для ресинтеза АТФ — благодаря возможности АДФ вновь синтезироваться в работающих мышцах, сокращение волокон не ограничивается несколькими секундами (именно на столько хватило бы энергии, если бы она образовывалась только за счет АТФ).

Гликолиз и липолиз

В результате очень интенсивной работы, которой является бег (в том числе марафонский), запасы нуклеотидов – тех самых АТФ и АДФ — в мышцах истощаются. Как только организм чувствует дефицит нуклеотидов, к процессу выработки энергии подключается гликолиз и липолиз.

Гликолиз – это процесс распада глюкозы с высвобождением энергии. Как несложно догадаться, для того чтобы этот механизм заработал, необходимо присутствие достаточного количества глюкозы.

Липолиз — процесс получения энергия за счет расщепления жиров. При липолизе жирные кислоты проходят расщепление (окислительное фосфорилирование) в результате которого в митохондриях клеток вырабатывается энергия. Именно за счет липолиза при длительных занятиях бегом сжигается жир и уходит лишний вес.

Как улучшить вырабатывание энергии

Несмотря на то, что АТФ является нестойкой единицей — продолжительность «жизни» одной молекулы АТФ меньше минуты, запасы ее в организме очень велики. Это возможно благодаря все тому же ресинтезу — за сутки у нетренированного человека, ведущего неспортивный образ жизни одна молекула АТС ресинтезируется 2500-3000 раз, что в количественном выражении соответствует примерно 40 килограммам АТФ.

Расчеты специалистов спортивной медицины показали, что в среднем у марафонцев за всю дистанцию расходуется около 700 граммов АТФ на килограмм массы тела. У спортсмена с массой тела 70 кг потребность в этом нуклеотиде составит примерно 50 кг, что, безусловно, нереально получить из мышц без поддержки извне.

Именно поэтому перед забегом, на этапах марафона и после финиша необходим прием источников легкоусвояемых углеводов. Кроме того, становится ясным, что попытки «сжечь жир» перед забегом — прямой шанс попасть в энергетическую яму, которая может закончиться весьма плачевно (от схода с дистанции до необходимости в стационарном лечении).

Энергообмен в процессе бега

Естественно, что для разной по интенсивности и продолжительности работы, необходим разный запас и мощность энергии. Например, благодаря аэробным процессам, в результате которых выделяется вода, углекислый газ и энергия, человек может выполнять длительную монотонную работу. Именно поэтому огромное значение в подготовке марафонца имеет создание крепкой аэробной базы.

Утилизация жирных кислот позволяет продержаться в самом конце марафона, когда на последнем отрезке дистанции от бегуна требуется энергия либо на достижение скорости, либо на преодоление расстояния до финиша. И здесь спортсмену очень пригодятся скоростно-силовые тренировки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector