Аденозинтрифосфорная кислота атф источник энергии мышц. Восстановление фосфагенов (АТФ и КрФ). Духовные и культурные истоки цветных революций
Анаэробные пути ресинтеза АТФ – это дополнительные пути. Таких путей два креатинфосфатный путь и лактатный.
Креатинфосфатный путь связан с веществом креатинфосфатом. Креатинфосфат состоит из вещества креатина, которое связывается с фосфатной группой макроэргической связью. Креатинфосфата в мышечных клетках содержится в покое 15 – 20 ммоль/кг.
Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким сродством с АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате реакции гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ.
Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ.
Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. Данный путь ресинтеза АТФ иногда называют креатикиназным.
Креатинкиназная реакция обратима, но смещена в сторону образования АТФ. Поэтому она начинает осуществляться, как только в мышцах появляются первые молекулы АДФ.
Креатинфосфат – вещество непрочное. Образование из него креатина происходит без участия ферментов. Не используемый организмом креатин, выводится из организма с мочой. Синтез креатинфосфата происходит во время отдыха из избытка АТФ. При мышечной работе умеренной мощности запасы креатинфосфата могут частично восстанавливаться. Запасы АТФ и креатинфосфата в мышцах называют также фосфагены.
Максимальная мощность этого пути составляет 900 -1100 кал/ мин-кг, что в три раза выше соответствующего показателя аэробного пути.
Время развертывания всего 1 – 2 сек.
Время работы с максимальной скоростью всего лишь 8 – 10 сек.
Главным преимуществом креатинфосфатного пути образования АТФ являются
· небольшое время развертывания,
· высокая мощность.
Эта реакция является главным источником энергии для упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки метания, подъем штанги. Эта реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических упражнений, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы.
Биохимическая оценка состояния этого пути ресинтеза АТФ обычно проводится двумя показателями: креатиновому коэффициенту и алактатному долгу.
Креатиновый коэффициент – это выделение креатина в сутки. Этот показатель характеризует запасы креатинфосфата в организме.
Алактатный кислородный долг – это повышение потребления кислорода в ближайшие 4 – 5 мин, после выполнения кратковременного упражнения максимальной мощности. Этот избыток кислорода требуется для обеспечения высокой скорости тканевого дыхания сразу после окончания нагрузки для создания в мышечных клетках повышенной концентрации АТФ. У высококвалифицированных спортсменов значение алактатного долга после выполнения нагрузок максимальной мощности составляет 8 – 10 л.
Гликолитический путь ресинтеза АТФ, так же как креатинфосфатный является анаэробным путем. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ в данном случае является мышечный гликоген. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под действием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюезо-1-фосфата после ряда последовательных реакций превращаются в молочную кислоту. Этот процесс называется гликолиз. В результате гликолиза образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатные группы, соединенные макроэргическими связями. Эта связь легко переносится на АДФ с образованием АТФ. В покое реакции гликолиза протекают медленно, но при мышечной работе его скорость может возрасти в 2000 раз, причем уже в предстартовом состоянии.
Максимальная мощность – 750 – 850 кал/мин-кг, что в два раза выше, чем при тканевом дыхании. Такая высокая мощность объясняется содержанием в клетках большого запаса гликогена и наличием механизма активизации ключевых ферментов.
Время развертывания 20-30 секунд.
Время работы с максимальной мощностью – 2 -3 минуты.
Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем:
· он быстрее выходит на максимальную мощность,
· имеет более высокую величину максимальной мощности,
· не требует участия митохондрий и кислорода.
Однако у этого пути есть и свои недостатки:
- процесс малоэкономичен,
- накопление молочной кислоты в мышцах существенно нарушает их нормальное функционирование и способствует утомлению мышцы.
Для оценки гликолиза используют две биохимические методики – измерение концентрации лактата в крови, измерение водородного показателя крови и определение щелочного резерва крови.
Определяют также и содержание лактата в моче. Это дает информацию о суммарном вкладе гликолиза в обеспечение энергией упражнений, выполненных за время тренировки.
Еще одним важным показателем является лактатный кислородный долг. Лактатный кислородный долг – это повышенное потребление кислорода в ближайшие 1 – 1,5 часа после окончания мышечной работы. Этот избыток кислорода необходим для устранения молочной кислоты, образовавшейся при выполнении мышечной работы. У хорошо тренированных спортсменов кислородный долг составляет 20 – 22 л. По величине лактаного долга судят о возможностях данного спортсмена при нагрузках субмаксимальной мощности.
Повышайте уровень АТФ для быстрого восстановления и роста
АТФ представляет собой источник внутриклеточной энергии, контролирующий почти все функции мышц и определяющий уровень силы и выносливости. Он также регулирует анаболическую ответную реакцию на тренинг, а также влияние большинства гормонов на клеточном уровне. Вполне можно предположить, что чем больше АТФ содержится в мышцах, тем они будут больше и мощнее.
Факт в том, что интенсивный тренинг бодибилдера исчерпывает запасы АТФ в мышцах. И это состояние опустошенности может длиться несколько дней, препятствуя росту мышц. В частности, перетренированность является результатом длительного нахождения организма в состоянии истощения запасов АТФ. Для того, чтобы восстановить уровень АТФ в мышцах, вы должны научиться эффективно использовать различные стимуляторы повышения уровня АТФ.
Уровень АТФ во время тренировки
Для мышечных сокращений используется энергия АТФ, содержащегося в мышечных клетках. Однако, при интенсивных сокращениях запас этого «горючего» быстро исчерпывается. Именно по этой причине вы не можете вечно продолжать вырабатывать такое же усилие. Чем тяжелее вы тренируетесь, тем больше АТФ вам требуется. Но чем больше становится отягощение, тем больше ваши клетки теряют способность воссоздавать АТФ. Вследствие этого, тяжелая нагрузка быстро «валит вас с ног», вызывая огромное разочарование, поскольку это лишает вас возможности выполнить последние, самые продуктивные, повторения. Именно тогда вы начинаете чувствовать сокращения мышц, ощущаете каждое волокно, но все они перестают работать из-за нехватки АТФ.
В действительности, уровень АТФ является одним из самых лимитирующих факторов в тренинге. Он сокращает количество стимулирующих рост повторений в каждом сете. Для того, чтобы возместить отсутствие интенсивности в конце сета, вы выполняете большее число сетов, что в результате дает значительный объем неэффективной работы с низкой интенсивностью.
В противоположность распространенному мнению, уровень АТФ после выполнения сета вовсе не нулевой. На самом деле, он очень далек от нуля. Медицинские исследования показывают, что уровень АТФ в мышцах снижается на 25% после 10 секунд максимальных мышечных сокращений (1). После 30 секунд выработки таких усилий уровень АТФ находится на отметке 50%. Поэтому вы все еще далеки до полного исчерпания запасов АТФ. Но даже небольшого снижения его уровня достаточно для того, чтобы не позволить мышцам сокращаться с такой мощностью, как вам бы хотелось. Конечно, запасы АТФ все больше и больше снижаются, когда вы выполняете более одного сета. Исследования показали, что 4-х минут отдыха было недостаточно для полного восстановления уровня АТФ в волокнах типа 2 после 30 секунд мышечных сокращений (2). Следовательно, когда вы начинаете второй сет, резерв АТФ в мышцах не оптимален. По мере того, как вы выполняете все больше и больше подходов, уровень АТФ становится все меньше.
Что происходит с АТФ после тренировки
После завершения тренировки резервы АТФ могут быть значительно сокращены. Когда вы отдыхаете, вы, возможно, ожидаете, что ваши мышцы получают возможность восстановиться. Ведь потребность в АТФ в это время снижается, а выработка увеличивается. Однако, помните, что в начале периода восстановления уровень АТФ низкий, поэтому его возвращение к нормальному займет некоторое время. Какое? Как это ни удивительно, для полного восполнения запасов АТФ потребуется от 24 до 72 часов.
Если вы находитесь в состоянии перетренированности, уровень АТФ не вернется к нормальному, базовому уровню. Хотя, к сожалению, после тренировки уровень АТФ несколько сокращен, он все еще остается достаточно высоким. Для этого есть несколько причин, среди них следующие:
1) Когда вы тренируетесь, в мышечных клетках накапливается натрий. После этого они должны избавиться от натрия с помощью механизма, называемого Na-K-АТФ-азным насосом. Как свидетельствует из названия, этот механизм использует АТФ в качестве источника энергии.
2) Если у вас болят мышцы, значит в них скопилось большое количество кальция. Они будут стараться содержащийся в них кальций вернуть в его естественные хранилища, но для этого тоже требуется определенный запас АТФ.
3) Другой интересный аспект касается образования глютамина. После тренировки потребность организма в глютамине очень сильно возрастает. Для того, чтобы справиться с возросшей потребностью в глютамине, организм начинает вырабатывать больше глютамина из других аминокислот, таких как аминокислоты с разветвленными цепями. Возникает состояние «перетягивания каната». По мере увеличения использования глютамина, увеличиваются и усилия организма по производству нового глютамина. Производство глютамина очень затратно с энергетической точки зрения - имеется в виду АТФ. Происходит оно в основном в мышцах, но уровень АТФ в мышцах после тренировки понижен, что препятствует выработке глютамина. Через некоторый промежуток времени выработка его уже не покрывает увеличившуюся потребность, что приводит к достоверному сокращению уровня глютамина после тренировки. С другой стороны, чтобы сделать это сокращение минимальным, организм старается увеличить скорость синтеза глютамина, используя еще больше АТФ. Следовательно, потребление АТФ мышцами остается высоким в течение длительного периода времени после тренировки, и это является причиной слишком длительного восстановления мышц.
АТФ и диета
Процесс тренинга и мышечного развития довольно труден даже тогда, когда вы нормально питаетесь. Но ведь культуристам время от времени приходится соблюдать низкоуглеводную диету. Вы можете себе представить, как сокращение приема пищи влияет на энергетический уровень в клетке. Во время длительной ограничительной диеты энергетическое равновесие в мышцах нарушается, что еще более усложняет поддержание нормального уровня АТФ. Это приводит к снижению силы при тренинге и длительному восстановлению после тренировки.
Функции АТФ
Помимо основной функции обеспечения энергией мышечных сокращений и контроля содержания электролитов в мышцах, АТФ выполняет множество других функций в мышцах. Например, он контролирует скорость синтеза протеина. Подобно тому, как строительство здания требует наличия исходных материалов и определенного расхода энергии, так и строительство мышечных тканей. Материалом служат аминокислоты, а источником энергии - АТФ. Анаболизм является одним из самых энергопотребляющих процессов, которые происходят внутри мышц.
Он потребляет столько АТФ, что при сокращении этого вещества на 30%, большая часть анаболических реакций останавливается. Таким образом, колебания уровня АТФ очень сильно сказываются на анаболическом процессе.
Этим объясняется тот факт, что во время тренировки мышцы не растут. Когда человек тренируется, уровень АТФ у него слишком низок. И если вызвать анаболический процесс именно в этот момент, то он еще больше бы исчерпал запас АТФ, снижая вашу способность сокращать мышцы. Чем раньше уровень АТФ вернется к нормальному, тем раньше начнется процесс синтеза протеина. Таким образом, несмотря на то, что очень важно повышать уровень АТФ во время тренировки, даже еще важнее делать это после тренировки, чтобы мышцы росли. АТФ также необходим анаболическим гормонам, чтобы они могли «творить чудеса». Как тестостерону, так и инсулину требуется АТФ для нормального функционирования.
Как это ни парадоксально, уровень АТФ контролирует и темп катаболизма. Основные протеолитические пути требуют затрат энергии для того, чтобы разрушать мышечную ткань. Хотя вы можете предположить, что послетренировочное сокращение уровня АТФ может спасти мышцы от катаболизма, к сожалению, это не так. Когда уровень АТФ в мышцах достигает нижнего порога, запускаются другие катаболические механизмы, не зависящие от АТФ. Содержащийся в клетках кальций начинает выводиться из клеток, вызывая основные нарушения. Более выигрышным вариантом будет усиление и анаболического, и катаболического процессов, чем сильный катаболический процесс и слабый анаболический. Следовательно, чем больше АТФ - тем лучше.
Как повысить уровень АТФ
Как культурист, вы обладаете огромным арсеналом мощных средств для повышения уровня АТФ. В данной статье я расскажу об использовании креатина, прогормонов и рибозы. Не буду останавливаться на углеводах, поскольку о них, как об источнике энергии, и так уже слишком много было написано. Глютамин и аминокислоты с разветвленными цепями тоже оказывают небольшое влияние на выработку АТФ, но в этот раз я не буду останавливаться на них подробно. Важно, чтобы вы поняли, что все эти стимуляторы характеризуются разновременностью срабатывания, поэтому являются лишь вспомогательными.
Самым быстродействующим стимулятором является D-рибоза. Молекула АТФ рождается при взаимодействии одной молекулы аденина, трех фосфатных групп и одной молекулы рибозы. Таким образом, рибоза является необходимым сырьем для синтеза АТФ. Рибоза также контролирует активность фермента 5-фосфорибозил-1-пирофосфат, необходимого для ресинтеза АТФ.
Я рекомендую употреблять по крайней мере 4 грамма рибозы за 45 минут до тренировки. У вас не только сразу же повысится уровень силы, но рибоза также предотвращает влияющее на результативность нервное утомление, когда вы добавляете повторения в самых тяжелых сетах.
Однако, рибоза действует не только как стимулятор выработки АТФ. Исследования ученых показали, что она оказывает эффективное влияние на увеличение уровня АТФ и на увеличение уровня уридинтрифосфата, являющегося еще одним, хотя и менее известным, источником клеточной энергии. Уридинтрифосфат имеет наиболее важное значение для медленносокращающихся волокон. Исследования показывают, что он оказывает сильное анаболическое влияние на мышцы. Он также помогает им избавиться от нашествий натрия, помогая калию проникнуть внутрь мышечных клеток, что, в свою очередь, щадит запасы АТФ.
Я считаю креатин умеренным стимулятором АТФ, а стимуляторами АТФ самого длительного действия являются прогормоны. Я сомневаюсь в том, что креатин способен оказывать стимулирующий эффект на выработку АТФ у тех, кто ведет малоподвижный образ жизни. Однако, как уже рассказывалось выше, интенсивная физическая нагрузка снижает уровень АТФ на длительное время. В этом случае креатин может обеспечить необходимый исходный материал для ресинтеза АТФ, благодаря его трансформации в фосфокреатин внутри мышц. Проведенный европейскими учеными эксперимент показал, что при дополнительном употреблении спортсменами высокого уровня тренированности креатина на протяжении пяти дней в количестве 21 г в день, вместе с употреблением 252 г углеводов, уровень АТФ в мышцах увеличился аж на 9%, а при употреблении предшественника АТФ фосфокреатина - на 11% (3).
Что касается прогормонов, проведенные на животных исследования показали, что уровень мужских гормонов очень сильно влияет на уровень АТФ в мышцах. При кастрировании крыс уровень АТФ в мышцах у них был понижен (4). Когда крысам вводили тестостерон, уровень АТФ восстанавливался до нормальной отметки. Результаты этого исследования доказали важность употребления стимуляторов выработки тестостерона, особенно в период после тренировки, когда уровень тестостерона снижается даже просто от употребления углеводов. Вы можете употреблять интракринный стимулятор выработки тестостерона, такой как андростенедион, и эндокринные стимуляторы, такие как предшественники нандролона. Таким образом, вы можете естественным образом отрегулировать снижающийся уровень тестостерона в крови, замещая его нандролоном, а также повысить при этом уровень тестостерона в мышцах с помощью андростенедиона.
Рибоза, креатин и прогормоны являются эффективными стимуляторами выработки АТФ. Комбинированный их прием повысит ваш силовой уровень во время тренинга с отягощениями, улучшая при этом мышечное восстановление и рост после тренировки. Поскольку их влияние по-разному распределяется по времени, и у них разный способ действия, они приносят оптимальные результаты, работая в синергии.
Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех фосфатов. Энергия высвобождается при отделении от молекулы одного из трех фосфатов и превращением АТФ в АДФ (аденозин дифосфат). При необходимости может отделяться еще один фосфорный остаток с получением АМФ (аденозин монофосфат) и повторным выбросом энергии.
Наиболее важным качеством является то, что АДФ может быстро восстанавливаться до полностью заряженной АТФ, что объясняется невысокой стабильностью связей - например, жизнь молекулы АТФ составляет в среднем менее одной минуты, а за сутки с этой молекулой может происходить до 3000 циклов перезарядок.
Выделяемая АТФ энергия имеет большую величину, потому относится к МАКРОЭРГИЧЕСКИМ соединениям. Естественно, при восстановлении ее организм вынужден будет затратить такое же количество энергии.
Общий объем АТФ стабилен и обычно не превышает 0.5 % от массы мышц. Сам по себе объем увеличить не удастся, но можно улучшить скорость восстановления молекулы, что напрямую скажется на выносливости и силе спортсмена.
Восстановление АТФ происходит несколькими способами – вначале физической активности для перезарядки расходуется большое количество ресурсов, но и скорость восстановления АТФ очень высока, за тем организм переходит на все более экономичные способы ресинтеза, в конечном итоге мышечная система имеет возможность функционировать длительное время при умеренном синтезе АТФ.
Синтез АТФ
Прежде всего следует сказать, что качественный и быстрый синтез АТФ возможен только при поддержании высокого уровня тестостерона, поскольку мужские гормоны являются главными стимуляторами биологических процессов направленных на повышение силы и выносливости. Как повысить тестостерон читайте вэтой статье.
Подробнее о синтезе АТФ
Когда запасы фосфата креатина падают, включается так называемая АНАЭРОБНАЯ выносливость. Для синтеза АТФ используется много энергии,
которую организм получает из запасов гликогена, восстановление АТФ происходит медленнее, но процесс активно продолжается более 2 минут.
Положительная
сторона – не требуется участия кислорода, отрицательная
– вырабатывается много молочной кислоты.
Анаэробный метаболизм – основа силовой выносливости.
Когда заметно истощаются запасы гликогена усиливается АЭРОБНЫЙ метаболизм, который обеспечивает медленное, но достаточно длительное производство
АТФ при очень экономном расходе глюкозы.Этот процесс полностью запускается уже через три
минуты интенсивной нагрузки. Обеспечение энергией в
этом случае требует участия кислорода. Для производства АТФ используются сначала углеводы, за тем жиры. Жиры могут применяться и ранее вместе с
углеводами - в стрессовых состояниях - см.
кортизол
. Когда естественные запасы энергии подходят к концу организм берет в оборот и белки мышц
(в первую очередь те, что возможно быстро восстановить) .
Наибольший выход молекул АТФ происходит при расщеплении жирных кислот.
АТФ в БОДИБИЛДИНГЕ
Организм обычно бережно расходует АТФ, потому спортсмен не может потратить весь запас энергии в одном интенсивном подходе. Если тело получит небольшой перерыв, запасы АТФ частично восстановятся и можно будет снова расходовать энергию, многократно повторяя подходы можно добиться значительной нагрузки на мышцы, но и заметно исчерпать АТФ.
Для полного восстановления АТФ требуется длительное время, потому в процессе занятия от одного упражнения к другому общий уровень энергии постоянно снижается. Согласно современным исследованиям сильное утомление приходит уже через час интенсивного тренинга, что вызывает быстрое повышение кортизола (гормон усталости) в крови и занятия с этого момента приносят скорее вред, чем пользу.
После тренировки тело продолжает расходовать АТФ для восстановления химического баланса и прочих процессов, включая затраты на рост мышц. Только после завершения всех восстановительных процессов организм сможет восполнить достаточный уровень АТФ. В зависимости от интенсивности тренировки, питания, уровня тестостерона, психологического состояния и генетических особенностей полное восстановление уровня АТФ может занять от 1 до 4 суток, потому стандартные 3 тренировки в неделю это скорее усредненный расчет. Индивидуально же частоту занятий нужно подбирать по общему самочувствию (с ленью не путать).
Постоянное недостаточное восстановление уровня АТФ со временем однозначно приводит к состоянию перетренированности, требующему длительного и серьезного лечения. Как удержать на высоте уровень АТФ читайте
Восстановление фосфагенов (АТФ и КрФ)
Фосфагены, особенно АТФ, восстанавливаются очень быстро (рис. 25). Уже на протяжении 30 с после прекращения работы восстанавливается до 70% израсходованных фосфагенов, а их полное восполнение заканчивается за несколько минут, причем почти исключительно за счет энергии аэробного метаболизма, т. е. благодаря кислороду, потребляемому в быструю фазу О2-долга. Действительно, если сразу после работы жгутировать работающую конечность и таким образом лишить мышцы кислорода, доставляемого с кровью, то восстановление КрФ не произойдет.
Чем больше расход фосфагенов за время работы, тем больше требуется О2 для их восстановления (для восстановления 1 моля АТФ необходимо 3,45 л О2). Величина быстрой (алактатной) фракции О2-долга прямо связана со степенью снижения фосфагенов в мышцах к концу работы. Поэтому данная величина указывает на количество израсходованных в процессе работы фосфагенов.
У нетренированных мужчин максимальная величина быстрой фракции О2-долга достигает 2-3 л. Особенно большие величины этого показателя зарегистрированы у представителей скоростно-силовых видов спорта (до 7 л у высококвалифицированных спортсменов). В этих видах спорта содержание фосфагенов и скорость их расходования в мышцах прямо определяют максимальную и поддерживаемую (дистанционную) мощность упражнения.
Восстановление гликогена. По первоначальным представлениям Р. Маргария и др. (1933), израсходованный за время работы гликоген ресинтезируется из молочной кислоты на протяжении 1-2 ч после работы. Расходуемый в этот период восстановления кислород определяет вторую, медленную, или лактатную, фракцию О2-Долга. Однако в настоящее время установлено, что восстановление гликогена в мышцах может длиться до 2-3 дней
Скорость восстановления гликогена и количество его восстанавливаемых запасов в мышцах и печени зависит от двух основных факторов: степени расходования гликогена в процессе работы и характера пищевого рациона в период восстановления. После очень значительного (более 3/4 исходного содержания), вплоть до полного, истощения гликогена в рабочих мышцах его восстановление в первые часы при обычном питании идет очень медленно, и для достижения предрабочего уровня требуется до 2 суток. При пищевом рационе с высоким содержанием углеводов (более 70% суточного калоража) этот процесс ускоряется - уже за первые 10 ч в рабочих мышцах восстанавливается более половины гликогена, к концу суток происходит его полное восстановление, а в печени содержание гликогена значительно превышает обычное. В дальнейшем количество гликогена в рабочих мышцах и в.печени продолжает увеличиваться и через 2-3 суток после "истощающей" нагрузки может превышать предрабочее в 1,5-3 раза - феномен суперкомпенсации.
При ежедневных интенсивных и длительных тренировочных занятиях содержание гликогена в рабочих мышцах и печени существенно снижается ото дня ко дню, так как при обычном пищевом рационе даже суточного перерыва между тренировками недостаточно для полного восстановления гликогена. Увеличение содержания углеводов в пищевом рационе спортсмена может обеспечить полное восстановление углеводных ресурсов организма к следующему тренировочному занятию.
Устранение молочной кислоты. В период восстановления происходит устранение молочной кислоты из рабочих мышц, крови и тканевой жидкости, причем тем быстрее, чем меньше образовалось молочной кислоты во время работы. Важную роль играет также послерабочий режим. Так, после максимальной нагрузки для полного устранения накопившейся молочной кислоты требуется 60-90 мин в условиях полного покоя - сидя или лежа (пассивное восстановление). Однако, если после такой нагрузки выполняется легкая работа (активное восстановление), то устранение молочной Кислоты происходит значительно быстрее. У нетренированных людей оптимальная интенсивность "восстанавливающей" нагрузки - примерно 30-45% от МПК (например, бег трусцой), а. у хорошо тренированных спортсменов - 50-60% от МПК, общей продолжительностью примерно 20 мин.
Существует четыре основных пути устранения молочной кислоты:
- 1) окисление до СО2 и ШО (так устраняется примерно 70% всей накопленной молочной кислоты);
- 2) превращение в гликоген (в мышцах и печени) и в глюкозу (в печени) около 20%;
- 3) превращение в белки (менее 10%); 4) удаление с мочой и потом (1-2%). При активном восстановлении доля молочной кислоты, устраняемой аэробным путем, увеличивается. Хотя окисление молочной кислоты может происходить в самых разных органах и тканях (скелетных мышцах, мышце сердца, печени, почках и др.), наибольшая ее часть окисляется в скелетных мышцах (особенно их медленных волокнах). Это делает понятным, почему легкая работа (в ней участвуют в основном медленные мышечные волокна) способствует более быстрому устранению лактата после тяжелых нагрузок.
Значительная часть медленной (лактатной) фракции О2-долга связана с устранением молочной кислоты. Чем интенсивнее нагрузка, тем больше эта фракция. У нетренированных людей она достигает максимально 5-10 л, у спортсменов, особенно у представителей скоростно-силовых видов спорта, - 15-20 л. Длительность ее - около часа. Величина и продолжительность лактатной фракции О2-долга уменьшаются при активном восстановлении.
Энергия АТФ используется во время деятельности скелетной мышцы для 3-х процессов:
■ работы K + -Na + -насоса, обеспечивающего постоянство градиента концентраций ионов K + и Na + по обе стороны мембраны;
■ процесса скольжения актиновых и миозиновых нитей, ведущего к укорочению миофибрилл;
■ работы кальциевого насоса, необходимого для расслабления волокна.
При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, т.е. мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения и расслабления мышц потребляется энергия АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением одной молекулы фосфата и образованием аденозиндифосфата (АДФ) сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль: АТФ = АДФ + Ф + Эн. Однако запасы АТФ в мышцах невелики (около 5 ммоль/л). Их хватает лишь на 1 - 2 с работы. Количество АТФ в мышцах не может изменяться, т.к. при отсутствии АТФ в мышцах развивается контрактура (не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке - теряется эластичность.
Для продолжения работы требуется постоянное восполнение запасов АТФ. Восстановление АТФ происходит в анаэробных условиях - за счет распада креатинфосфата (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза), в аэробных условиях - за счет реакций окисления жиров и углеводов.
Быстрое восстановление АТФ происходит в тысячные доли секунды за счет распада КрФ: АДФ + КрФ = АТФ + Кр. Наибольшей эффективности этот путь энергообразования достигает к 5 - 6-й секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются, т.к. их также немного (около 30 ммоль/л).
Медленное восстановление АТФ в анаэробных условиях обеспечивается энергией расщепления глюкозы (выделяемой из гликогена) – реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молочной кислоты (лак-тата) и восстановлением двух молекул АТФ. Эта реакция достигает наибольшей мощности к концу 1- й минуты работы. Особое значение этот путь энергообразования имеет при высокой мощности работы, которая продолжается от 20 с до 1 – 2 мин (например, при беге на средние дистанции), а также при резком увеличении мощности более длительной и менее мощной работы (финишные ускорения при беге на длинные дистанции) и при недостатке кислорода во время выполнения статической работы. Ограничение использования углеводов связано не с уменьшением запасов гликогена (глюкозы) в мышцах и в печени, а с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты.
Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т.е. при аэробной работе длительностью более 2 – 3 мин. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечно-сосудистой систем и системы крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 мин - максимальное потребление кислорода (МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированных лиц в 1 мин поступает к работающим мышцам около 2,5 – 3 л О 2 , а у высококвалифицированных спортсменов (лыжников, пловцов, бегунов-стайеров и др.) достигает 5 – 6 л и даже 7 л в 1 мин.
При значительной мощности работы и огромной потребности при этом в кислороде основным субстратом окисления в большинстве спортивных упражнений являются углеводы, т.к. для их окисления требуется гораздо меньше кислорода, чем при окислении жиров. При использовании одной молекулы глюкозы (С 6 Н 12 О 6), полученной из гликогена, образуется 38 молекул АТФ, т.е. аэробный путь энергообразования обеспечивает при том же расходе углеводов во много раз больше продукции АТФ, чем анаэробный путь. Молочная кислота в этих реакциях не накапливается, а промежуточный продукт – пировиноградная кислота – сразу окисляется до конечных продуктов обмена – СО 2 и Н 2 О.
В качестве источника энергии жиры используются в состоянии двигательного покоя, при любой работе сравнительно невысокой мощности (требующей до 50 % МПК) и при очень длительной работе на выносливость (требующей около 70 – 80 % МПК). Среди всех источников энергии жиры обладают наибольшей энергетической емкостью: при расходовании 1 моля АТФ выделяется около 10 ккал энергии, 1 моля КрФ – око-ло 10,5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэробном расщеплении – около 50 ккал, а при окислении 1 моля глюкозы в аэробных условиях – около 700 ккал, при окислении 1 моля жиров – 2 400 ккал. Однако использование жиров при работах высокой мощности лимитируется трудностью доставки кислорода работающим тканям.
Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразова-ние происходит в момент сокращения мышц – начальное теплообразование (оно составляет всего одну тысячную всех энерготрат) и в период восстановления – запаздывающее теплообразование.
В обычных условиях при работе мышц тепловые потери составляют около 80 % всех энерготрат. Для оценки эффективности механической работы мышцы используют вычисление коэффициента полезного действия (кпд). Величина кпд показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механической работы мышцы. Ее вычисляют по формуле
кпд = [А: (Е - е)] · 100 %,
где А – энергия, затраченная на полезную работу;
Е – общий расход энергии;
е – расход энергии в состоянии покоя за время, равное длительности работы.
У нетренированного человека кпд примерно 20 %, у спортсмена – 30 – 35 %, т.е. мышца использует на движение 20 – 35 % химической энергии, остальная часть в форме тепла передается кровью другим тканям и равномерно согревает организм. Вот почему на холоде человек старается больше двигаться – подогревает себя энергией мышц. Мелкие непроизвольные сокращения мышц вызывают дрожь – организм увеличивает образование тепла.
При ходьбе наибольший кпд отмечается при скорости 3,6 – 4,8 км/ ч, при педалировании на велоэргометре – при длительности цикла около 1 сек. С увеличением мощности работы и включением «ненужных» мышц кпд уменьшается. При статической работе, поскольку А = 0, эффективность работы оценивается по длительности поддерживаемого напряжения мышц.
Наружная бедра
Камбаловидная
| 84 % |
67 % -
Рис . 24. Состав мышечных волокон в разных мышцах :
медленные; ,.*>%" - быстрые
V<>-
Материалы для самостоятельной подготовки
Вопросы к коллоквиуму и для самоконтроля
1. Какие виды мышц у позвоночных животных и человека Вы знаете?
2. Назовите функции скелетных мышц.
3. Перечислите нейроны, иннервирующие скелетные мышцы.
4. Что является функциональной единицей мышцы?
5. Что входит в состав двигательной единицы (ДЕ)?
6. Что называют мотонейронным пулом?
7. Дать характеристику больших и малых ДЕ.
8. В чем заключается правило Хеннемана?
9. Опишите структуру мышечного волокна.
10. Как устроены миофибриллы?
11. Что такое саркомер?
12. Чем можно объяснить, что в состоянии покоя мышца имеет поперечнополо-сатый вид в световом микроскопе?
13. Опишите строение актиновых и миозиновых нитей.
14. Какова роль потенциала действия в возникновении мышечного сокращения?
15. Опишите механизм сокращения, расслабления мышечного волокна.
16. Кем была открыта ферментативная активность миозина?
17. Укажите последовательность событий, ведущих к сокращению, а затем рас-слаблению мышечного волокна.
18. В чем заключается роль АТФ в механизмах мышечного сокращения?
19. Перечислите фазы одиночного сокращения мышцы.
20. В каких случаях происходит суммация сокращений? Что такое тетанус?
21. Какие формы тетануса Вы знаете?
22. От чего зависит сокращение целой мышцы?
23. В чем заключается метод электромиографии?
24. От каких факторов зависит амплитуда ЭМГ?
25. Что такое сила мышцы и от каких морфологических и физиологических факторов она зависит?
26. Перечислите типы мышечных волокон. Дайте их характеристику.
27. Назовите режимы работы мышц.
28. Опишите энергетику мышечного сокращения.
