Биоэнергетика мышечной деятельности в скалолазании. Сообщение на тему Механизмы энергообеспечения в самбо Зоны энергообеспечения

Любое двигательное действие осуществляется с помощью мышечного сокращения. Но для того, чтобы осуществить двигательное действие, помимо фазы сокращения, необходимо наличие фазы расслабления. Для последовательной смены фаз необходима энергия, именно о ней мы и поговорим в этой статье.

Для начала поверхностно разберем процесс произвольного мышечного сокращения. Этот процесс начинается с формирования двигательного импульса (потенциала действия) в коре головного мозга. Затем этот импульс двигаясь по нейронам достигает «границы» мышечной ткани, преодолевая нервно-мышечный синапс (место перехода двигательного импульса от нервной ткани к мышечной), вызывает серию реакций, заканчивающихся сокращением мышечной ткани. Ключевое место в этом процессе занимает молекула АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
При гидролизе (химическая реакция распада вещества при взаимодействии с водой) АТФ, энергия химической связи преобразуется в механическую энергию, позволяя актин-миозиновому комплексу (ключевой элемент мышечной системы, непосредственно способствующий мышечному сокращению) совершить механическую работу (перемещение).
Для мышечного расслабления, так же необходима энергия гидролиза АТФ, для разрыва связи актин-миозинового комплекса.

Теперь непосредственно поговорим о молекуле АТФ. Для продолжительного осуществления мышечной деятельности необходимо
огромное количество молекул АТФ, мы уже знаем, что эти молекулы занимают центральное место в мышечной деятельности. И тут мы сталкиваемся с главной проблемой энергетического обеспечения – очень малым запасом АТФ в мышечной ткани, около 5 ммоль/кг, этого количества «топлива» хватит на обеспечение работы продолжительностью до 2 секунд.

Для более продолжительной работы, нам необходимо постоянно восполнять запасы АТФ, процесс восполнения запасов АТФ называется ресинтезом АТФ и протекает с потреблением энергии.

Существует три пути ресинтеза АТФ: а) аэробный; б) креатинфосфатный (анаэробный-алактатный); в) гликолитический (анаэробный-лактатный).

Все пути ресинтеза АТФ (энергообеспечения), можно описать количественными критериями: а) максимальная мощность – наибольшее
количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени данным путем ресинтеза, измеряется в кал/мин*кг мышечной ткани или Дж/мин*кг мышечной ткани; б) время развертывания – минимальное время, необходимое для выхода данного пути ресинтеза АТФ на свою максимальную мощность, измеряется в единицах времени (секундах, минутах); в) время удержания максимальной мощности – продолжительность функционирования пути ресинтеза АТФ на максимальной мощности, измеряется в единицах времени (секунды, минуты, часы); г) метаболическая емкость – суммарное количество АТФ, произведенное конкретным путем ресинтеза.

Краткая характеристика каждого из путей энергообеспечения (подробные механизмы протекания каждого из путей ресинтеза АТФ в данной статье описываться не будут, т.к. для этого придется использовать много специализированных понятий, что затруднит восприятие материала):

• 1. Аэробный путь ресинтеза АТФ (тканевое дыхание) – базовый путь ресинтеза АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. Для протекания данного пути ресинтеза необходимо наличие кислорода, поэтому он называется аэробным.
  В ходе тканевого
  дыхания от окисляемого вещества отнимается два атома водорода (2 протона и 2 электрона) и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород (О2), доставляемый в мышцы по кровеносной системе, в результате чего возникает вода.
  Благодаря энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ (аденозиндифосфат, возникает в результате гидролиза АТФ) и фосфорной кислоты (Н3РО4).
  На образовавшуюся молекулу воды приходится три молекулы АТФ (схема 1).

  
  

  Скорость протекания данного пути ресинтеза АТФ, зависит от содержания в мышечной клетке АДФ, являющийся активатором тканевого дыхания. В покое, когда в мышечных клетках почти нет АДФ, тканевое дыхание функционирует очень медленно.

  Данный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими количественными критериями:

  
  
  • а) максимальная мощность – 350-450 кал/мин*кг.
    Сравнивая этот показатель с показателями другимх путей ресинтеза АТФ, тканевое дыхание обладает самой низкой мощностью;
  • б) время развертывания – 3-4 минуты (у тренированных спортсменов может достигать 1 минуты). Это связано с необходимостью доставки
    кислорода в мышцу, для этого необходимо максимальное развертывание дыхательной системы, сердечно-сосудистой системы и системы крови;
  • в) время работы на максимальной мощности – десятки минут. Такое продолжительное время поддержания максимальной мощности объясняется тем, что предшественниками окисляемого вещества могут выступать и углеводы и жиры и даже
    аминокислоты;
  • г) метаболическая емкость – образуется огромное количество молекул АТФ, это возможно благодаря очень глубокому окислению веществ и длительному времени функционирования данного пути ресинтеза АТФ.
• 2. Креатинфосфатный (анаэробный-алактатный) путь ресинтеза АТФ – путь ресинтеза АТФ, обеспечивающий мышцы энергией до выхода аэробного пути на максимальную мощность и при выполнении работы высокой мощности. Содержание креатинфосфата в
  мышечных клетках в состоянии покоя – 15-20 ммоль/кг.
  Креатинфосфат относится к группе так называемых макроэргических соединений, обладая огромной энергией химических связей. Еще
  одной важной характеристикой креатинфосфата является его высокое сродство к АДФ, как мы уже знаем, количество АДФ при физической работе возрастает. В результате химической реакции, остаток фосфорной кислоты с креатинфосфата переходит к АДФ,
  образуя АТФ и креатин (схема 2).

  
  

  Данный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими критериями:

  
  
  • а) максимальная мощность – 900-1100 кал/мин*кг. Это в три раза выше чем при аэробном ресинтезе. Такая высокая мощность обусловлена высокой активностью ферментов, обеспечивающих протекание данной химической реакции;
  • б) времяразвертывания – 1-2 секунды. Запаса АТФ в мышцах как раз хватает на это время. Такое быстрое развертывание объясняется механизмами регуляции данного пути ресинтеза АТФ, при достижении двигательным импульсом мышечной клетки, происходит высвобождение ионов Ca++ из своих депо, их концентрация в клетке увеличивается в 1000 раз, именно ионы Ca++ регулируют скорость протекания креатинкиназной реакции;
  • в) время работы с максимальной мощностью – до 10 секунд, это связано с небольшим исходным запасом креатинфосфата в мышцах и высокой скоростью его расходования;
  • г) метаболическая емкость – меньше чем у аэробного пути ресинтеза АТФ, это определяется малым временем функционирования с максимальной мощностью.
    
    

    
    

    Теперь затронем вопрос соотношения между тремя путями ресинтеза АТФ. Исходной переменной, от которой будет зависеть вовлеченность каждого из процессов энергообеспечения, выступает мощность выполняемой работы. Чем выше мощность работы, тем больше количества АТФ необходимо произвести в единицу времени. Самое большое количество АТФ в единицу времени производится в процессе креатинфосфатной реакции, ее показатель лежит в диапазоне от 900 до 1100 кал/мин*кг. На втором месте по этому показателю находится гликолитический механизм энергообеспечения, его показатель приблизительно равен 800 кал/мин*кг.

    Самым низким показателем максимальной мощности процесса энергообеспечения обладает аэробный механизм, примерно 400 кал/мин*кг. Энергообеспечение не может обеспечиваться исключительно одним из рассматриваемых механизмов в чистом виде, при работе любой мощности, все пути ресинтеза АТФ внося свой вклад в энергообеспечение, но в зависимости от мощности, один из
    механизмов является ведущим.
    Например, выполняя работу максимальной мощности, ведущим механизмом энергообеспечения будет выступать креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ, как только будет исчерпан потенциал данного механизма энергообеспечения, нам придется снизить мощность выполняемой работы, либо прекратить ее выполнение.

    В качестве примера, хорошо иллюстрирующего вышесказанное, представьте, что вы хотите пробежать 3000 метров, удерживая максимальную скорость, вы вышли на стартовую линию и по сигналу стартового пистолета начали свой бег. На первых метрах дистанции, вы уверенно набираете скорость, энергетический запрос на выполнение данной работы возрастает.

    Набрав максимальную скорость, примерно к 60 метру, вы чувствуете, что бежать быстрее не получается и стараетесь удерживать максимальную скорость, в этот момент, ваш энергетический запрос стабилизировался, а механизмы энергообеспечения вышли на максимальную мощность.

    И вдруг, вы почувствовали, примерно на 110 метре дистанции, что вы больше не можете удерживать максимальную скорость, вы начинаете замедляться, именно в этот момент, вы попадаете в так называемую зону метаболического перехода, когда механизм энергообеспечения, прежде обеспечивающий поддержание максимальной мощности работы исчерпал свой ресурс, энергообеспечение «передается» следующему механизму, гликолитическому процессу, обладающего меньшей максимальной мощностью энергообеспечения.

    Спустя еще несколько минут, 2-3 минуты, вы заметите, что ваша скорость продолжает снижаться, энергообеспечение переходит в «руки» аэробного процесса. К концу дистанции, ведущим путем ресинтеза АТФ уже будет выступать аэробный механизм.
    В начале дистанции, развив максимальную скорость, энергообеспечение нашей работы, обеспечивалось креатинфосфатным путем ресинтеза АТФ, котрый обладает самым высоким уровнем максимальной мощности, а заканчивали дистанцию, используя аэробное энергообеспечение, обладающее наименьшей мощностью.

    В данном случае, мы не учитываем финишный рывок (спурт), который выполняется за счет креатинфосфатного пути, успеваюшего частично восстановить свой потенциал, пока мы находились в зоне аэробной работы. Схематично, вышесказанное можно представить следующим образом (схема 4).

    
    
    
    сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФ" alt=" Примечание:
    ось Х – время, с, мин (размерность не соблюдена);
    ось У – мощность энергопроизводства, кал/мин*кг;
    сектор 1 – место выхода креатинфосфатного пути энергообеспечения на максимальную мощность;
    сектор 2 – место метаболического перехода между креатинфосфатным и гликолитическим механизмами энергообеспечения;
    сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФ" src="https://4sport.ua/_upl/2/1445/4_1444905645.jpg">
    Примечание:
    ось Х – время, с, мин (размерность не соблюдена);
    ось У – мощность энергопроизводства, кал/мин*кг;
    сектор 1 – место выхода креатинфосфатного пути энергообеспечения на максимальную мощность;
    сектор 2 – место метаболического перехода между креатинфосфатным и гликолитическим механизмами энергообеспечения;
    сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФ

    Теперь, когда мы имеем общее представление об энергообеспечении мышечной деятельности, можно осуществить перенос общих знаний в рамки спортивного скалолазания, используя дидактический принцип «от общего к частному». Рассмотрим энергообеспечение в трех, основных соревновательных дисциплинах спортивного скалолазания, в боулдеринге, трудности и скорости.

    Но для рассмотрения картины энергообеспечения, нам необходимо ввести новое понятие – «мощность удержания зацепа». Это понятие актуально тем, что даже два одинаковых зацепа, расположенных на плоскостях с разными углами наклона, могут отличаться по показателю энергетического запроса для одного спортсмена. В данном случае, описанное выше положение, является исключительно моим субъективным допущение и безусловно требует экспериментального (констатирующего) подтверждения с использованием инструментальных методов. Мощность удержания зацепа занимает центральное место в описании процессов энергообеспечения.

    Дальнейшая разработка данного понятия, может привести к использованию данного понятия, как одного из объективных параметров трассы, на сегодняшний день трассы оцениваются субъективно. Мощность удержания зацепа зависит от многих переменных, например, от массы спортсмена, от способа удержания зацепа, от технической подготовленности спортсмена и других. В дальнейшем данное понятие можно будет использовать, например, для оценки технической подготовленности спортсменов.

    
    

    Боулдеринг, дисциплина, с которой мы начнем описание процессов энергообеспечения. Задача в боулдеринге – пройти серию коротких, но очень сложных трасс. Еще одно понятие, которое мы будем активно использовать – спортивное (соревновательное, специализированное) упражнение, есть процесс прохождения конкретного маршрута в боулдеринге, трудности или скорости, с соблюдением соревновательных условий.
    Когда мы проходим предельную для себя боулдеринговую трассу, мышцы – сгибатели пальцев развивают максимальную силу, чтобы удерживать зацепы, соответственно развивается максимальная для нас мощность удержания зацепа. Удерживая такую зацепу даже три секунды, чтобы, например, перенести ногу, в наших мышцах должно ресентезироваться определенное количество АТФ, мы делаем следующий перехват и удерживаем следующую зацепу еще 2 секунды и срываемся, наша система энергообеспечения не смогла предоставить необходимое количество энергии (количество АТФ) для дальнейшего удержания зацепа.

    Как правило процесс преодоления соревновательной трассы в боулдеринге занимает небольшое количество времени, приблизительно 30 секунд, это время зависит от параметров трассы. Неудачные попытки занимают еще меньше времени. Поэтому энергообеспечение в боулдеринге осуществляется креатинфосфатным и частично гликолитическим путями ресинтеза АТФ В трудности дело обстоит иначе, задача в трудности сводится к преодолению длинной соревновательной трассы, 50-60 зацепов (финалы Кубков мира).
    Время, затрачиваемое спортсмена на преодоление такой трассы, приблизительно 5-6 минут.
    Мощность удержания отдельных зацепов ниже по сравнению с боулдерингом, исключения могут составлять ключевые участки трассы. Поэтому энергообеспечение осуществляется преимущественно гликолитическим процессом, мышцы – сгибатели пальцев в момент срыва «забиты» (утомлены), чувствуется жжение, оно связано с накоплением в мышце продукта гликолитического энергообеспечения – молочной кислотой.
    Мышцы «набухают», это результат смещения водородного показателя (рН) внутри мышечной клетки в кислую сторону, вызывающего изменение проницаемости «стенок» клетки для молекул воды и вода из межклеточного пространства стремиться внутрь клетки.
    В скоростном лазании спортсмены развивают высочайшую мощность, пробегая эталонную трассу за 5,6 секунды, спортсмен массой 70 кг развивает мощность в 1839 Вт. Поэтому энергообеспечение в скоростном лазании обеспечивается креатинфосфатным путем ресинтеза АТФ.

    В заключительной части статьи поговорим о том, какими способами можно повысить эффективность энергообеспечения на тренировочных занятиях. Эффективность энергообеспечения можно повысить совокупностью двух показателей, первый показатель – мощность процесса энергообеспечения, повышается за счет увеличения ферментативной активности в том или ином процессе энергообеспечения, второй показатель – емкость механизма энергообеспечения, повышается за счет увеличения концентрации продуктов, принимающих участие в окислительных процессах того или иного пути ресинтеза АТФ.

    Результатом тренировок, направленных на повышение эффективности креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ станет: увеличение концентрации в мышцах креатинфосфата и повышение активности фермента креатинкиназы в совокупности это приведет к повышению так называемого алактатного кислородного долга.

    Результатом тренировок, направленных на повышение эффективности гликолитического пути ресинтеза АТФ станет: увеличение концентрации в мышечных клетках внутримышечного гликогена и повышение активности основных ферментов гликолиза – фосфорилазы и фосфофруктокиназы. Так же повысится резистентность (нечувствительность) тканей к снижению водородного показателя (рН), повысится эффективность буферных систем крови.

    Ни в коем случае нельзя забывать о тренировке аэробного механизма энергообеспечения. Это очень важно, для представителей всех специализаций. В трудности аэробный механизм помогает восстановить концентрацию креатинфосфата в местах «отдыха» на трассе, хорошо развитые дыхательная и сердечно-сосудистая системы и система крови помогут утилизировать часть лактата. В боулдеринге, аэробный механизм так же помогает восстановить потенциал креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ в перерыве между попытками и трассами (в рамках соревнований). В скоростном лазании, аэробный компонент полезен в случаях перестартовок, обеспечивая восстановление ведущего пути ресинтеза АТФ для данного соревновательного упражнения.

    Задача данной статьи – познакомить с механизмами энергообеспечения мышечной деятельности, многие аспекты, затронутые в ней, раскрыты поверхностно, т.к. статья ориентирована на широкий круг читателей. Методики воспитания отдельных видов выносливости будут описаны в следующих статьях.

    Все замечания и пожелания можно оставлять в комментариях или отправлять лично автору на электронный адрес: [email protected]

Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения

Аэробная система энергообеспечения значительно уступает алактатной и лактатной по мощности энергопродукции, скорости включения в обеспечение мышечной деятельности, однако многократно превосходит по ёмкости и экономичности (табл. 1).

Таблица № 1. Энергообеспечение мышечной работы

Особенностью аэробной системы является то, что образование АТФ в клеточных органелах-митохондриях, находящихся в мышечной ткани происходит при участии кислорода, доставляемого кислородтранспортной системой. Это предопределяет высокую экономичность аэробной системы, а достаточно большие запасы гликогена в мышечной ткани и печени, а также практически неограниченные запасы липидов – её ёмкость.

В наиболее упрощённом виде деятельность аэробной системы энергообеспечения осуществляется следующим образом. На первом этапе в результате сложных процессов происходит преобразование как гликогена, так и свободных жирных кислот (СЖК) в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) – активную форму уксусной кислоты, что обеспечивает протекание всех последующих процессов энергообразования по единой схеме. Однако до момента образования ацетил-КоА окисление гликогена и СЖК происходит самостоятельно.

Все многочисленные химические реакции, происходящие в процессе аэробного ресинтеза АТФ, можно разделить на три типа: 1 – аэробный гликолиз; 2 – цикл Кребса, 3 - система транспорта электронов (рис. 7).

Рис. 7. Этапы реакций ресинтеза АТФ в аэробном процессе

Первым этапом реакций является аэробный гликолиз, в результате которого осуществляется расщепление гликогена с образованием СО2 и Н2О. Протекание аэробного гликолиза происходит по той же схеме, что и протекание рассмотренного выше анаэробного гликолиза. В обоих случаях в результате химических реакций гликоген преобразуется в глюкозу, а глюкоза – в пировиноградную кислоту с ресинтезом АТФ. В этих реакциях кислород не участвует. Присутствие кислорода обнаруживается в дальнейшем, когда при его участии пировиноградная кислота не преобразуется в молочную кислоту в молочную кислоту, а затем в лактат, что имеет место в процессе анаэробного гликолиза, а направляется в аэробную систему, конечными продуктами которой оказывается углекислый газ (СО2), выводимый из организма лёгкими, и вода (рис. 8)

Рис. 8. Схематическое протекание анаэробного и аэробного гликолиза

Расщепление 1 моля гликогена на 2 моля пировиноградной кислоты происходит с выделением энергии, достаточной для ресинтеза 3 молей АТФ: Энергия + 3АДФ + Фн → 3АТФ

Из образовавшейся в результате расщепления гликогена пировиноградной кислоты сразу выводится СО2, превращая её из трёхуглеродного соединения в двухуглеродное, которое сочетаясь с коферментом А, образует ацетил- КоА, который включается во второй этап аэробного образования АТФ – цикл лимонной кислоты или цикл Кребса.

В цикле Кребса протекает серия сложных химических реакций, в результате которых происходит окисление пировиноградной кислоты – выведение ионов водорода (Н+) и электронов (е-), которые в итоге попадают в систему транспорта кислорода и участвуют в реакциях ресинтеза АТФ на третьем этапе, образуя СО2, который диффундируется в кровь и переносится в лёгкие, из которых и выводится из организма. В самом цикле Кребса образуется только 2 моля АТФ (рис. 9).

Рис. 9. Схематическое изображение окисления углеродов в цикле Кребса

Третий этап протекает в цепи транспорта электронов (дыхательной цепи). Реакции, происходящие с участием коферментов, в общем виде сводятся к следующему. Ионы водорода и электроны, выделяемые в результате реакций, протекавших в цикле Кребса и в меньшей мере в процессе гликолиза, транспортируются к кислороду, чтобы в результате образовать воду. Одновременно выделяемая энергия в серии сопряжённых реакций используется для ресинтеза АТФ. Весь процесс, происходящий по цепи передачи электронов кислороду называется окислительным фосфорилированием. В процессах, происходящих в дыхательной цепи, потребляется около 90 % поступающего к клеткам кислорода и образуется наибольшее количество АТФ. В общей сложности окислительная система транспорта электронов обеспечивает образование 34 молекул АТФ из одной молекулы гликогена.

Усвоение и абсорбция углеводов в кровоток происходит в тонком кишечнике. В печени они превращаются в глюкозу, которая в свою очередь может быть превращена в гликоген и депонируется в мышцах и печени, а также используется различными органами и тканями в качестве источника энергии для поддержания деятельности. В организме здорового с достаточным уровнем физической подготовленности мужчины с массой тела 75 кг содержится 500 – 550 г углеводов в виде гликогена мышц (около 80 %), гликогена печени (примерно 16 – 17 %), глюкозы крови (3 – 4 %), что соответствует энергетическим запасам порядка 2000 – 2200 ккал.

Гликоген печени (90 – 100 г) используется для поддержания уровня глюкозы крови, необходимого для обеспечения нормальной жизнедеятельности различных тканей и органов. При продолжительной работе аэробного характера, приводящей к истощению запасов мышечного гликогена, часть гликогена печении может использоваться мышцами.

Следует учитывать, что гликогенные запасы мышц и печени могут существенно увеличиваться под влиянием тренировки и пищевых манипуляций, предусматривающих углеводное истощение и последующее углеводное насыщение. Под влиянием тренировки и специального питания концентрация гликогена в печени может увеличиться в 2 раза. Увеличение количества гликогена повышает его доступность и скорость утилизации при выполнении последующей мышечной работы.

При продолжительных физических нагрузках средней интенсивности образование глюкозы в печени возрастает в 2 – 3 раза по сравнению с образованием её в состоянии покоя. Напряжённая продолжительная работа может привести к 7 – 10-кратному увеличению образования глюкозы в печени по сравнению с данными, полученными в состоянии покоя.

Эффективность процесса энергообеспечения за счёт жировых запасов определяется скоростью протекания липолиза и скоростью кровотока в адипозной ткани, что обеспечивает интенсивную доставку свободных жирных кислот (СЖК) к мышечным клеткам. Если работа выполняется с интенсивностью 50 – 60 % VO2 max, отмечается максимальный кровоток в адипозной ткани, что способствует максимальному поступлению в кровь СЖК. Более интенсивная мышечная работа связана с интенсификацией мышечного кровотока при одновременном уменьшении кровоснабжения адипозной ткани и, следовательно, с ухудшением доставки СЖК в мышечную ткань.

Хотя в процессе мышечной деятельности липолиз разворачивается, однако уже на 30 – 40-й минутах работы средней интенсивности её энергообеспечения в равной мере осуществляется за счёт окисления как углеводов, так и липидов. Дальнейшее продолжение работы, приводящее к постепенному исчерпанию ограниченных углеводных ресурсов, связано с увеличением окисления СЖК; например, энергообеспечение второй половины марафонской дистанции в беге или шоссейных велогонках (более 100 км) преимущественно связано с использованием жиров.

Несмотря на то что использование энергии от окисления липидов имеет реальное значение для обеспечения выносливости только при продолжительной мышечной деятельности, начиная уже с первых минут работы с интенсивностью, превышающей 60 % VO2max, отмечается освобождение из триацилглицеридов СЖК, их поступление и окисление в сокращающихся мышцах. Через 30 – 40 мин после начала работы скорость потребления СЖК возрастает в 3 раза, а после 3 – 4 часов работы – в 5 – 6 раз.

Внутримышечная утилизация триглицеридов существенно возрастает под влиянием тренировки аэробной направленности. Эта адаптационная реакция проявляется как в быстроте развёртывания процесса образования энергии за счёт окисления СЖК, поступивших из трицеридов мышц, так и в возрастании их утилизации из мышечной ткани.

Не менее важным адаптационным эффектом тренированной мышечной ткани является повышение её способности к утилизации жировых запасов. Так, после 12-недельной тренировки аэробной направленности способность к утилизации триглицеридов в работающих мышцах резко возрастала и достигала 40 %.

Роль белков для ресинтеза АТФ не существенна. Однако углеродный каркас многих аминокислот может быть использован в качестве энергетического топлива в процессе окислительного метаболизма, что проявляется при продолжительных нагрузках средней интенсивности, при которых вклад белкового метаболизма в энергопродукцию может достичь 5 – 6 % общей потребности в энергии.

Благодаря значительным запасам глюкозы и жиров в организме и неограниченной возможности потребления кислорода их атмосферного воздуха, аэробные процессы, обладая меньшей мощностью по сравнению с анаэробными, могут обеспечивать выполнение работы в течении длительного времени (т. е. их ёмкость очень велика при очень высокой экономичности). Исследования показывают, что, например в марафонском беге за счёт использования мышечного гликогена работа мышц продолжается в течении 80 мин. Определённое количество энергии может быть мобилизовано за счёт гликогена печени. В сумме это может обеспечить 75 % времени, необходимого для преодоления марафонской дистанции. Остальная энергия образуется в результате окисления жирных кислот. Однако скорость их диффузии из крови в мышцы ограничена, что лимитирует производство энергии за счёт этих кислот. Энергии, продуцируемой вследствие окисления СЖК, достаточно для поддержания интенсивности работы мышц на уровне 40 – 50 % VO2max, ВТО времы как сильнейшие марафонцы способны преодолевать дистанцию с интенсивностью, превышающей 80 – 90 % VO2max, что свидетельствует о высоком уровне адаптации аэробной системы энергообеспечения, позволяющем не только обеспечить оптимальное сочетание использования углеводов, жиров, отдельных аминокислот и метаболитов для производства энергии, но и экономное расходование гликогена.

Таким образом, вся совокупность реакций, обеспечивающих аэробное окисление гликогена, выглядит следующим образом. На первом этапе в результате аэробного гликолиза образуется пировиноградная кислота и ресинтезируется некоторое количество АТФ. На втором, в цикле Кребса, производится СО2, а ионы водорода (Н+) и электроны (е-) вводятся в систему транспорта электронов также с ресинтезом некоторого количества АТФ. И наконец, заключительный этап связан с образованием Н2О из Н+, е- и кислорода с высвобождением энергии, используемой для ресинтеза подавляющего количества АТФ. Жиры и белки, используемые в топлива для ресинтеза АТФ, также проходят через цикл Кребса и систему транспорта электронов (рис. 10).

Рис. 10. Схематическое изображение функционирования аэробной системы энергообеспечения

Лактатная система энергообеспечения.

В лактатной системе энергообеспечения ресинтез АТФ происходит за счёт расщепления глюкозы и гликогена при отсутствии кислорода. Этот процесс принято обозначать как анаэробный гликолиз. Анаэробный гликолиз является значительно более сложным химическим процессом по сравнению с механизмами расщепления фосфогенов в алактатной системе энергообеспечения. Он предусматривает протекание серии сложных последовательных реакций, в результате которых глюкоза и гликоген расщепляются до молочной кислоты, которая в серии сопряжённых реакций используется для ресинтеза АТФ (рис. 2).

Рис. 2. Схематическое изображение процесса анаэробного гликолиза

В результате расщепления 1 моля глюкозы образуется 2 моля АТФ, а при расщеплении 1 моля гликогена – 3 моля АТФ. Одновременно с высвобождением энергии в мышцах и жидкостях организма происходит образование пировиноградной кислоты, которая затем преобразуется в молочную кислоту. Молочная кислота быстро разлагается с образованием её соли – лактата.

Накопление молочной кислоты в результате интенсивной деятельности гликолитического механизма приводит к большому образованию лактата и ионов водорода (Н+) в мышцах. В результате, несмотря на действие буферных систем, постепенно снижается мышечный pH с 7,1 до 6,9 и даже до 6,5 – 6,4. Внутриклеточный pH, начиная с уровня 6,9 – 6,8 замедляет интенсивность гликолитической реакции восстановления запасов АТФ, а при pH 6,5 – 6,4 расщепление гликогена прекращается. Таким образом, именно повышение концентрации молочной кислоты в мышцах ограничивает расщепление гликогена в анаэробном гликолизе.

В отличие от алактатной системы энергообеспечения, мощность которой достигает максимальных показателей уже на первой секунде работы, процесс активизации гликолиза разворачивается значительно медленнее и достигает высоких величин энергопродукции только на 5 – 10 секундах работы. Мощность гликолитического процесса значительно уступает мощности креатинфосфокиназного механизма, однако является в несколко раз более высокой по сравнению с возможностями системы аэробного окисления. В частности, если уровень энергопродукции АТФ за счёт распада КФ составляет 9 – 10 ммоль/кг с.м.т./с (сырая масса ткани), то при подключении гликолиза объём производимой АТФ может увеличиться до 14 ммоль/кг с.м.т./с. За счёт использования обоих источников ресинтеза АТФ в течении 3-минутной интенсивной работы мышечная система человека способна вырабатывать около 370 ммоль/кг с.м.т. При этом на долю гликолиза приходится не менее 80 % общей продукции. Максимальная мощность лактатной анаэробной системы проявляется на 20 – 25-й секундах работы, а на 30 – 60-й секундах гликолитический путь ресинтеза АТФ является основным в энергообеспечении работы.

Ёмкость лактатной анаэробной системы обеспечивает её превалирующее участие в энергопродукции при выполнении работы продолжительность до 30 – 90 с. При более продолжительной работе роль гликолиза постепенно снижается, однако остаётся существенной и при более продолжительной работе – до 5 – 6 мин. Общее количество энергии, которое образуется за счёт гликолиза, наглядно может быть оценено и по показателям лактата крови после выполнения работы, требующей предельной мобилизации лактатной системы энергообеспечения. У нетренированных людей предельная концентрация лактата в крови составляет 11 – 12 ммоль/л. Под влиянием тренировки ёмкость лактатной системы резко возрастает и концентрация лактата в крови может достигать 25 – 30 ммоль/л и выше.

Максимальные величины энергообразования и лактата в крови у женщин на 30 – 40 % ниже по сравнению с мужчинами такой же спортивной специализации. Юные спортсмены по сравнению со взрослыми отличаются невысокими анаэробными возможностями. максимальная концентрация лактата в крови при предельных нагрузках анаэробного характера у них не превышает 10 ммоль/кг, что в 2 – 3 раза ниже, чем у взрослых спортсменов.

Таким образом, адаптационные реакции лактатной анаэробной системы могут протекать в различных направлениях. Одним из них является увеличение подвижности гликолитического процесса, что проявляется в значительно более быстром достижении его максимальной производительности (с 15 – 20 до 5 – 8 с). Вторая реакция связана с повышением мощности анаэробной гликолитической системы, что позволяет ей продуцировать значительно большее количество энергии в единицу времени. Третья реакция сводится к повышению ёмкости системы и, естественно общего объёма продуцируемой энергии, вследствие чего увеличивается продолжительность работы, преимущественно обеспечиваемая за счёт гликолиза.

Максимальное значение лактата и pH в артериальной крови в процессе соревнований по некоторым видам спорта представлены на рис. 3.

Рис.3. Максимальные значения лактата и pH в артериальной крови у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта: а – бег (400, 800 м); б – скоростной бег на коньках (500, 1000м); в – гребля (2000 м); г – плавание 100 м; д – бобслей; е – велогонки (100 км)
(Eindemann, Keul, 1977)

Они дают достаточно полное представление о роли лактатных анаэробных источников энергии для достижения высоких спортивных результатов разных видах спорта и об адаптационных резервах системы анаэробного гликолиза.

При выборе оптимальной продолжительности работы, обеспечивающей максимальную концентрацию лактата в мышцах, следует учитывать, что максимальное содержание лактата отмечается при использовании предельных нагрузок, продолжительность которых колеблется в пределах 1 – 6 мин. Увеличение продолжительности работы связано с уменьшением концентрации лактата в мышцах.

Для выбора оптимальной методики повышения анаэробных возможностей важно проследить особенности накопления лактата при прерывистой работе максимальной интенсивности. Например, одноминутные предельные нагрузки с четырёхминутными паузами приводят к постоянному увеличению лактата в крови (рис. 4) при одновременном снижениипоказателей кислотно-основного состояния (рис. 5).

Рис. 4. Изменение концентрации лактата в крови в процессе прерывистой максимальной нагрузки (одноминутные упражнения с интенсивностью 95 %, разделённые периодами отдыха длительностью 4 мин) (Hermansen, Stenswold, 1972)

Рис. 5. Изменение pH крови при прерывистом выполнении одноминутных нагрузок максимальной интенсивности (Hollman, Hettinger, 1980)

Аналогичный эффект отмечается и при выполнении 15 – 20-секундных упражнений максимальной мощности с паузами около 3 минут (рис. 6).

Рис. 6. Динамика биохимических изменений у спортсменов при повторном выполнении кратковременных упражнений максимальной мощности (Н. Волков и др., 2000)

Алактатная система энергообеспечения.

Эта система энергообеспечения является наименее сложной, отличается высокой мощностью освобождения энергии и кратковременностью действия. Образование энергии в этой системе происходит за счёт расщепления богатых энергией фосфатных соединений – аденозинтрифосфата (АТФ) и креатинфосфата (КФ). Энергия, образующаяся в результате распада АТФ, в полной мере включается в процесс энергообеспечения работы уже на первой секунде. Однако уже на второй секунде выполнение работы осуществляется за счёт креатинфосфата (КФ), депонированного в мышечных волокнах и содержащего богатые энергией фосфатные соединения. Расщепление этих соединений приводит к интенсивному высвобождению энергии. Конечными продуктами расщепления КФ являются креатин (Кр) и неорганический фосфат (Фн). Реакция стимулируется ферментом креатинкиназа и схематически выглядит следующим образом:

Энергия, высвобождаемая при распаде КФ, является доступной для процесса ресинтеза АТФ, поэтому за быстрым расщеплением АТФ в процессе мышечного сокращения незамедлительно следует его ресинтез из АДФ и Фн с привлечением энергии, высвобождаемой при расщеплении КФ:

Ещё одним механизмом алактатной системы энергообеспечения является так называемая миокиназная реакция, которая активизируется при значительном мышечном утомлении, когда скорость расщепления АТФ существенно превышает скорость её ресинтеза. Миокиназная реакция стимулируется ферментом миокиназа и заключается в переносе фосфатной группы с одной молекулы на другую и образованием АТФ и аденозинмонофосфата (АМФ):

Аденозинмонофосфат (АМФ), являющийся побочным продуктом миокиназной реакции, содержит последнюю фосфатную группу и в отличие от АТФ и АДФ не может быть использован в качестве источника энергии. Миокиназная реакция активизируется в условиях, когда в силу утомления другие пути ресинтеза АТФ исчерпали свои возможности.

Запасы КФ не могут быть восполнены в процессе выполнения работы. Для его ресинтеза может быть использована только энергия, высвобождаемая в результате распада АТФ, что оказывается возможным лишь в восстановительном периоде после окончания работы.

Алактатная система, отличаясь очень высокой скорость освобождения энергии, одновременно характеризуется крайне ограниченной ёмкостью. Уровень максимальной алактатной анаэробной мощности зависит от количества фосфатов (АТФ и КФ) в мышцах и скорости их использования. Под влиянием тренировки спринтерского характера показатели алактатной анаэробной мощности могут быть значительно повышены. Под влиянием специальной тренировки мощность алактатной анаэробной системы может быть увеличена на 40 -80 %. Например, спринтерская тренировка в течении 8 недель бегунов привела к увеличению содержания АТФ и КФ в скелетной мышце в состоянии покоя примерно на 10 %.

Под влиянием тренировки в мышцах не только увеличивается количество АТФ и Кф, но и существенно возрастает способность мышечной ткани к их расщеплению. Ещё одной адаптационной реакцией, определяющей мощность алактатной анаэробной системы, является ускорение ресинтеза фосфатов за счёт повышения активности ферментов, в частности креатинфосфокиназы и миокиназы.

Под влиянием тренировки существенно возрастают и показатели максимальной ёмкости алактатной анаэробной стстемы энергообеспечения. Ёмкость алактатной анаэробной системы под влиянием целенаправленной многолетней тренировки иожет возрастать в 2,5 раза. Это подтверждается показателями максимального алактатного О2-долга: у начинающих спортсменов он составляет 21,5 мл/кг, у спортсменов высокого класса может достигать 54,5 мл/кг.

Увеличение ёмкости алактатной энергетической системы проявляется и в продолжительности работы максимальной интенсивности. Так, у лиц не занимающихся спортом, максимальная мощность алактатного анаэробного процесса, достигнутая через 0,5 – 0,7 с после начала работы, может удерживаться не более 7 – 10 с, то у спортсменов высшего класса, специализирующихся в спринтерских дисциплинах, она может проявляться в течение 15 – 20 с. При этом большая продолжительность работы сопровождается и значительно большей её мощностью, что обусловливается высокой скоростью распада и ресинтеза высокоэнергетических фосфатов.

Концентрация АТФ и КФ у мужчин и женщин практически одинакова – около 4 ммоль/кг АТФ и 16 ммоль/кг КФ. Однако общее количество фосфогенов, которые могут использоваться при мышечной деятельности, у мужчин значительно больше, чем у женщин, что обусловлено большими различиями в общем объёме скелетной мускулатуры. Естественно, что у мужчин значительно больше ёмкость алактатной анаэробной системы энергообеспечения.

В заключении следует отметить, что лица с высоким уровнем алактатной анаэробной производительности, как правило, имеют низкие аэробные возможности, выносливость к длительной работе. Одновременно у бегунов на длинные дистанции алактатные анаэробные возможности не только не сравнимы с возможностями спринтеров, но и часто уступают показателям, регистрируемым у лиц, не занимающихся спортом.

Общая характеристика систем энергообеспечения мышечной деятельности

Энергия, как известно, представляет собой общую количественную меру, связывающую воедино все явления природы, разные формы движения материи. Из всех видов энергии, образующейся и использующейся в различных физических процессах(тепловая, механическая, химическая и др.)применительно к мышечной деятельности, основное внимание должно быть сконцентрировано на химической энергии организма, источником которой являются пищевые продукты и её преобразовании в механическую энергию двигательной деятельности человека.

Энергия, высвобождаемая во время расщепления пищевых продуктов, используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), который депонируется в мышечных клетках и является своеобразным топливом для производства механической энергии мышечного сокращения.

Энергию для мышечного сокращения даёт расщепление аденозинтрифосфата (АТФ) до аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Ф). Количество АТФ в мышцах невелико и его достаточно для обеспечения высокоинтенсивной работы лишь в течении 1 – 2 с. Для продолжения работы необходим ресинтез АТФ, который производится за счёт энергоотдающих реакций трёх типов. Восполнение запасов АТФ в мышцах позволяет поддерживать постоянный уровень его концентрации, необходимый для полноценного мышечного сокращения.

Ресинтез АТФ обеспечивается как в анаэробных, так и в аэробных реакциях с привлечением в качестве энергетических источников запасов креатинфосфата (КФ) и АДФ, содержащихся в мышечных тканях, а также богатых энергией субстратов (гликоген мышц и печени, запасы липозной ткани и др.). Химические реакции, приводящие к обеспечению мышц энергией протекают в трёх энергетических системах: 1) анаэробной алактатной, 2) анаэробной лактатной (гликолитической), 3) аэробной.

Образование энергии в первых двух системах осуществляется в процессе химических реакций, не требующих наличия кислорода. Третья система предусматривает энергообеспечение мышечной деятельности в результате реакций окисления, протекающих с участием кислорода. Наиболее общие представления о последовательности включения и количественных соотношениях в энергообеспечении мышечной деятельности каждой из указанных систем приведены на рис. 1.

Возможности каждой из указанных энергетических систем определяются мощностью, т. е. скоростью освобождения энергии в метаболических процессах, и ёмкостью, которая определяется величиной и эффективностью использования субстратных фондов.

Рис. 1. Последовательность и количественные соотношения процессов энергообеспечения мышечной деятельности у квалифицированных спортсменов в различных энергетических системах (схема): 1 – алактатной; 2 – лактатной; 3 – аэробной

Энергодающим субстратом для обеспечения основной функции мышечного волокна - его сокращения - является аденозинтрифосфорная кислота - АТФ.

Энергообеспечение по способам реализации условно делят на анаэробное (алактатно-лактатное) и аэробное.

Эти процессы могут быть представлены следующим образом:

Анаэробная зона энергообеспечения:

АДФ + Фосфат + свободная энергия <=> АТФ

Фосфокреатин + АДФ <=> креатин + АТФ

2 АДФ <=> АМФ + АТФ

Гликоген (глюкоза) + Фосфат + АДФ <=> лактат + АТФ

Аэробная зона энергообеспечения:

Гликоген (глюкоза), жирные кислоты + Фосфат +О2С02 + Н2 0 + АТФ

Источники энергии -- это фосфагены, глюкоза, гликоген, свободные жирные кислоты, кислород.

Введение АТФ извне в достаточных дозах невозможно (обратное является широко распространенным заблуждением), следовательно, необходимо создать условия для образования повышенного количества эндогенного АТФ. На это направлена тренировка - сдвиг метаболических процессов в сторону образования АТФ, а также обеспечение ингредиентами.

Скорость накопления и расхода энергии значительно различаются в зависимости от функционального состояния спортсмена и вида спорта. Определенный вклад в процесс энергообеспечения, его коррекцию, возможен со стороны фармакологии.

В начале 70-х годов было доказано, что сокращение ишемизированного миокарда прекращается при исчерпании клеточных запасов фосфокреатина (ФК), несмотря на то, что в клетках остается неизрасходованным около 90% АТФ. Эти данные говорят о том, что АТФ неравномерно распределена внутри клетки. Доступным является не весь АТФ, содержащийся в мышечной клетке, а лишь его небольшая часть, локализованная в миофибриллах. Результаты исследований, выполненных в последующие годы, показали, что связь между внутриклеточными пулами АТФ осуществляют ФК и изоферменты креатинкиназы. В нормальных условиях молекула АТФ, выведенная из митохондрии, передает свою энергию креатину, который под воздействием митохондриального изофермента креатинкиназы трансформируется в ФК. Последний мигрирует к местам локальных креатинки-назных реакций (сарколемма, миофибриллы, саркоплазматический ретикулум), где другие изоферменты креатинкиназы обеспечивают ресинтез АТФ из ФК и АДФ.

Освобождающийся при этом креатин возвращается в митохондрию, а энергия АТФ используется по назначению, в том числе и для мышечного сокращения (см. схему). Скорость транспорта энергии внутри клетки по фосфокреатиновому пути значительно превосходит скорость диффузии АТФ в цитоплазме. Именно поэтому снижение содержания ФК в клетке и приводит к депрессии сократимости даже при сохранении значительного внутриклеточного запаса основного энергетического субстрата - АТФ.

По современным представлениям, физиологическая роль ФК состоит в эффективном обеспечении внутриклеточного транспорта энергии от мест ее производства к местам использования.

В аэробных условиях основными субстратами для синтеза АТФ являются свободные жирные кислоты, глюкоза и лактат, метаболизм которых в норме обеспечивает продукцию около 90% общего количества АТФ. В результате ряда последовательных каталитических реакций из субстратов образуется ацетил-коэнзим А. Внутри митохондрий в ходе цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса) происходит расщепление ацетил-коэнзима А до углекислоты и атомов водорода. Последние переносятся на цепь транспорта электронов (дыхательную цепь) и используются для восстановления молекулярного кислорода до воды. Энергия, образующаяся при переносе электронов по дыхательной цепи, в результате окислительного фосфорилирования трансформируется в энергию АТФ.

Уменьшение доставки кислорода к мышцам влечет за собой быстрый распад АТФ до АДФ и АМФ, затем распад АМФ до аденозина, ксантина и гипоксантина. Нуклеотиды через саркоплазматическую мембрану выходят в межклеточное пространство, что делает невозможным ресинтез АТФ.

В условиях гипоксии интенсифицируется анаэробный процесс синтеза АТФ, основным субстратом для которого служит гликоген. Однако в ходе анаэробного окисления образуется значительно меньше молекул АТФ, чем при аэробном окислении субстратов метаболизма. Энергия АТФ, синтезируемого в анаэробных условиях, оказывается недостаточной не только для обеспечения сократительной функции миокарда, но и для поддержания градиентов ионов в клетках. Уменьшение содержания АТФ сопровождается опережающим снижением содержания ФК.

Активизация анаэробного гликолиза влечет за собой накопление лактата и развитие ацидоза. Следствием дефицита макроэргических фосфатов и внутриклеточного ацидоза является нарушение АТФ-зависимых механизмов ионного транспорта, ответственных за удаление ионов кальция из клеток. Накопление ионов кальция в митоходриях приводит к разобщению окислительного фосфорилирования и усилению дефицита энергии. Увеличение концентрации ионов кальция в саркоплазме при недостатке АТФ способствует образованию прочных актиномиозиновых мостиков, что препятствует расслаблению миофибрилл.

Дефицит АТФ и избыток ионов кальция в сочетании с повышением продукции и увеличением содержания в мышце катехоламинов стимулирует «липидную триаду». Развитие «липидной триады» вызывает деструкцию липидного бислоя клеточных мембран. Все это приводит к контрактуре миофибрилл и их разрушению. Роль «ловушки ионов кальция» выполняют неорганический фосфат и другие анионы, накапливающиеся в клетке при гипоксии.

Фармобеспечение по зонам осуществляется следующим образом:

В анаэробной (алактатной ) зоне для обеспечения скоростной, максимально мощной, непродолжительной работы (несколько секунд), вводятся фосфагены, в частности неотон (см. главу «Макроэрги (фосфагены)»). фармакологический спорт допинг реабилитация

В анаэробной (лактатной ) зоне с накоплением молочной кислоты при работе субмаксимальной мощности организм также должен быть обеспечен фосфокреатином, максимально обеспечен возможностью полностью утилизировать кислород, терпеть кислородную задолженность (антигипок-санты), утилизировать «отходы» (см. главу «Коррекция лактатных возможностей организма»), а также иметь запасы гликогена и возможность пополнять в процессе работы углеводные запасы.

В аэробной (кислородной) зоне необходимо обеспечить: постоянное поступление углеводов в кровь, максимальное окисление жирных кислот (липотропные средства) и нейтрализацию образующихся при этом свободных радикалов (антиоксиданты), а также максимальное использование поступающего в организм кислорода (антигипоксанты).

Механизмы энергообеспечения организма человека при мышечной работе.

Любая мышечная деятельность сопряжена с использованием энергии, Непосредственным источником которой является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). АТФ называют универсальным источником энергии. Все осталь­ные энергопроцессы направлены на воспроизводство и поддержание её уровня. АТФ во время мышечной работы восстанавливается с такой же скороростью, как и расщепляется. Восстановление АТФ может осуществляться двумя спос-ми: анаэробным (в ходе реакции без кислорода) и аэробным (с различ­ным уровнем потребления кислорода) с участием специального энергетического вещества креатинфосфата. Готового для синтеза АТФ креатинфосфата хватает только на 10-15 секунд мощной работы. В таких условиях синтез АТФ идёт при остром дефиците кислорода (например, вот почему невозможно || с нринтерском темпе пробежать 800 м). Мышечная работа очень высокой ин-м интенсивности осуществляется в анаэробном режиме, когда синтез АТФ совершается при остром дефиците кислорода. В этом случае организм добывает для г.к ми 1,1 АТФ, используя процесс гликолиза - превращения углеводородов, в результате которого вновь происходит ресинтез АТФ, и образуются конечные Кислые продукты - молочная (лактат) и пировиноградная кислоты.

Гликолиз обеспечивает работоспособность организма в течение 2-4 ми-н т.е. креатинфофатный механизм и гликолиз дают энергии совсем немного.

При высокой функциональной напряжённости в мышцах уменьшается содержание энергонасыщенных углеводов (гликогена и фосфорных - креатин-фосфата), в крови снижается уровень глюкозы, в печени - гликогена.

Аэробный механизм (когда запросы организма в кислороде полностью удовлетворяются) окисления питательных веществ с образованием креатин­фосфата и синтеза АТФ является наиболее эффективным и может обеспечивать работоспособность человека в течение нескольких часов. В этих условиях организм добывает энергии АТФ во много раз больше, чем при гликолизе.

Следует отметить, что в клетках все превращения углеводов, жиров, органических кислот и, в последнюю очередь, белков на пути к синтезу АТФ проходят в митохондриях. В обычных условиях работает часть митохондрий, по мере увеличения потребности мышц в энергии в процессе синтеза макроэнергетических соединений включается всё больше «подстанций».

Способность человека к синтезу АТФ, мощность и ёмкость каждого уровня индивидуальны, но диапазон всех уровней может быть расширен за счёт тренировки. Если запросы возрастают, в клетках увеличивается количество митохондрий, а при ещё большей потребности - убыстряется темп их обновления.

text_fields

text_fields

arrow_upward

Первичным источником энергии для сокращения мышц и протека­ния других биохимических процессов служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) , которая находится в клеточных структурах. При расщеп­лении одной грамм-молекулы АТФ на аденозиндифосфорную и фосфор­ную кислоты освобождается 10 ккал. Распад АТФ происходит при возбуж­дении мышечного волокна под действием нервных импульсов.

Запасы АТФ в мышцах незначительны и чтобы поддерживать актив­ ность мышц необходимо непрерывное пополнение (ресинтез) АТФ. Одним из способов ресинтеза АТФ является анаэробный (безучастия кислорода воздуха) механизм энергообеспечения.

Анаэробный ресинтез осуществляется, во-первых, за счет распада содержащегося в мышцах вещества — креатинфосфата, и, во-вторых, при расщеплении углеводов — запасов гликогена и поступающей с кровью глю­козы. Анаэробное расщепление углеводов называется гликолизом.

Энергообеспечение за счет креатинфосфата развертывается очень быстро, обеспечивает большую мощность работы, но длится всего не­сколько секунд, так как его запасы невелики. Гликолиз развертывается медленнее , в течение 2-3 мин интенсивной работы, обеспечивает бблыпую ее продолжительность, но из-за ограниченности запасов углеводов и нако­пления в крови недоокисленных продуктов распада (молочной кислоты) может осуществляться относительно недолго. Продукты распада окисля­ются в дальнейшем при достаточном поступлении кислорода после окон­чания работы или снижения ее интенсивности.

Таким образом, высокоинтенсивная мышечная деятельность прохо­дит при недостатке кислорода в течение ограниченного времени.

Аэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности

text_fields

text_fields

arrow_upward

Аэробный механизм ресинтеза АТФ заключается в расщеплении уг­леводов с участием кислорода воздуха. Он более эффективен по сравне­нию с анаэробным, так как приводит к образованию большего числа моле­кул АТФ при окислении одного и того же количества углеводов. Кроме то­го, аэробному окислению могут подвергаться белки и жиры, причем по­следние, как правило, имеются в организме в необходимом количестве.

Время развертывания аэробного механизма энергообеспечения со­ставляет 3-4 мин, у тренированных людей несколько меньше. Питательные вещества и недоокисленные ранее продукты при достаточном поступлении кислорода распадаются до углекислого газа и воды.

Продолжительность работы в аэробном режиме ограничена в основ­ном запасами питательных веществ в организме и может достигать не­скольких часов, однако интенсивность ее относительно невысока. Отличи­тельная особенность аэробного механизма энергообеспечения заключается в том, что в доставке кислорода к мышцам участвуют дыхательная, сер­дечно-сосудистая системы и система крови, от состояния которых зависит интенсивность и длительность выполняемой работы. Показатели мышеч­ной деятельности зависят также от способности мышечных клеток исполь­зовать поступающий к ним кислород для образования АТФ.

В большинстве случаев двигательная деятельность требует быстрого развертывания и протекает с меняющейся интенсивностью. При этом энер­гообеспечение не может осуществляться только за счет экономичного аэробного механизма.

Отсюда следует, что даже при подготовке к длительной работе невысокой и средней интенсивности надо уделять должное внимание совершенствованию анаэробного механизма энергообеспечения с использованием специальных методов тренировки.

Максимальное потребление кислорода, порог анаэробного обмена и кислородный долг при выполнении физических упражнений

text_fields

text_fields

arrow_upward

Для оценки подготовленности человека к физической работе различ­ной интенсивности используется ряд физиологических показателей.

К ним относятся:

• максимальное потребление кислорода (МПК),
• порог анаэроб­ного обмена (ПАНО),
• кислородный долг.

Максимальное потребление кислорода

МПК — это наибольшее количество кислорода, которое может усво­ить организм в единицу времени в условиях, когда дальнейший рост ин­тенсивности нагрузки уже не вызывает его повышения. МПК является по­казателем аэробной производительности организма н связан с макси­мальным включением аэробного механизма энергообеспечения.

МПК представляет собой не только показатель тренированности человека, но и характеризует состояние его здоровья в цепом. У незанимающихся спор­том МПК находится на уровне 2-3.5 л/мин. У спортсменов высокого клас­са, тренирующихся на выносливость, МПК достигает 6 л/мин и более. По­казано, что снижение МПК ведет к развитию различных заболеваний.

Порог анаэробного обмена

ПАНО — это уровень ЧСС, при котором организм переходит от аэробного к анаэробному механизму энергообеспечения. Чем выше ПАНО, тем в большей степени работа производится за счет предпочтительных аэробных реакций.

У слабо подготовленных людей ПАНО может насту­пать уже при ЧСС 130-140 уд/мин, а у квалифицированных спортсменов, тренирующихся на выносливость — при 160-170 уд/мин. Средним считает­ся уровень 150 уд/мин.

Кислородный долг

Кислородный долг — это разница между количеством кислорода, не­обходимым для выполнения заданной работы и количеством кислорода, фактически использованным за это время. Максимальный кислородный долг отражает объем анаэробных процессов, которые могут быть развер­нуты в организме.

У незанимающихся спортом он не превышает 5 л, а у спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах спорта, тре­бующих скоростной выносливости, достигает 25 л. Кислородный долг ли­квидируется после окончания работы.