Глава 6. Основы энергообеспечения мышечной деятельности в контактных стилях единоборств. Креатинфосфатная система энергообеспечения

Энергетические процессы в мышце — SportWiki энциклопедия

Энергетические процессы в мышце[править]

На рисунке изображены преобладающие источники энергии во время выполнения нагрузки

Источники энергии для образования АТФ

Естественно, что для совершения мышечного движения требуется энергия. В организме человека существуют разные источники энергии, которые последовательно включаются один за другим. Рассмотрим каждый из них.

АТФ[править]

Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ, которая образуется в цитратном цикле Кребса. Под действием фермента АТФазы молекула АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.

АТФ + h3O = АДФ+ h4PO4 + энергия

Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФазной активностью и соответственно возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения.

"Внимание" Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2-5 первых секунд.

Креатинфосфат[править]

Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.

АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.

Эта реакция получила название – реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.

Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в лёгкой атлетике приём креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоэффективен.

Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.

Энергетический метаболизм скелетных мышц[править]

Алактатные механизмы[править]

КФ обеспечивает запас энергии фосфата для ресинтеза АТФ из АДФ при наступлении сократительной деятельности (рис. 3):

КФ + АДФ Креатинкиназа К + АТФ (1)

В состоянии покоя мышечные волокна наращивают концентрацию КФ до пяти раз больше, чем АТФ. В начале сокращения, когда концентрация АТФ начинает падать, а АДФ повышаться вследствие ускорения разложения АТФ, массовая активность способствует образованию АТФ из КФ.

Хотя образование АТФ из КФ происходит быстро, требуя одной единственной ферментативной реакции (1), количество АТФ, которое может быть получено в результате этого процесса, ограничено начальной концентрацией КФ. Мышечные волокна также содержат миокиназу, которая катализирует образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ. АТФ и КФ, вместе взятые, могут обеспечить максимальную силу в течение 8—10 с. Таким образом, энергия, полученная от фосфагенной системы, используется для коротких всплесков максимальной мышечной активности, необходимых в легкой и тяжелой атлетике (забег на 100 м, толкание ядра или поднятие тяжестей).

Гликолиз[править]

Хотя метаболизм по гликолитическому пути производит лишь небольшое количество АТФ из каждой усвоенной единицы глюкозы, он может обеспечить быстрый синтез большого количества АТФ при наличии достаточного количества ферментов и субстрата. Этот процесс может также происходить в отсутствие кислорода:

Глюкоза анаэробный быстрый гликолиз 2 АТФ + 2 лактата (2)

Глюкоза для гликолиза поступает либо из крови, либо из запасов гликогена. Когда исходным материалом выступает гликоген, из одной единицы потребленной глюкозы в результате фосфоролитического гликогенолиза образуется три молекулы АТФ. По мере того, как мышечная активность становится интенсивнее, для анаэробного расщепления гликогена мышц требуется все больше и больше АТФ, и, соответственно, увеличивается производство молочной кислоты. Анаэробный гликолиз может обеспечить энергию на 1,3-1,6 мин максимальной мышечной активности.

Образование молочной кислоты понижает уровень pH в мышечных волокнах. Это препятствует действию ферментов и вызывает боль, если удаление молочной кислоты происходит слишком медленно по сравнению с ее образованием.

Окислительное фосфорилирование[править]

Рис. 3. Метаболические пути синтеза АТФ, используемые во время сокращения и расслабления мышц. В то время как анаэробное расщепление КФ и гликолиз происходят в цитозоле, окислительное фосфорилирование имеет место в митохондриях.Источник: Vander et al. (1990) Основная статья: Окислительное фосфорилирование

При умеренном уровне физической нагрузки, например, при беге на 5000 м или марафоне, большая часть АТФ, используемого для сокращения мышц, образуется путем окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет высвободить из глюкозы гораздо больше энергии по сравнению с отдельно взятым анаэробным гликолизом:

Глюкоза + O2-> 38 АТФ + СO2+ Н2O. (3)

Жиры катаболизируются только с помощью окислительных механизмов, при этом выделяется много энергии. Аминокислоты тоже могут быть метаболизированы подобным образом. Три метаболических пути образования АТФ для сокращения и расслабления мышц показаны на рис. 3.

В течение первых 5~10 мин умеренной физической нагрузки главным потребляемым «топливом» является собственный гликоген мышц. В течение следующих 30 мин доминирующими становятся переносимые кровью вещества; глюкоза крови и жирные кислоты вносят примерно одинаковый вклад в потребление мышцами кислорода. По истечении этого периода все более важную роль приобретают жирные кислоты. Важно подчеркнуть взаимодействие между анаэробными и аэробными механизмами в образовании АТФ во время физической нагрузки. Вклад анаэробного образования АТФ больше при краткосрочной нагрузке высокой интенсивности, в то время как при более продолжительных нагрузках низкой интенсивности преобладает аэробный метаболизм.

Восстановление и кислородная задолженность[править]

После того как физическая нагрузка закончилась, поглощение кислорода все еще остается выше нормы (табл.). С недавнего времени для обозначения кислородной задолженности используется также термин «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки». Сначала его уровень очень высок, пока тело восстанавливает запасы КФ и АТФ, возвращая тканям запасенный кислород, а затем в течение еще одного часа потребление идет на более низком уровне, пока удаляется молочная кислота. Поэтому ранние и последние фазы кислородной задолженности называют соответственно алактатной и лактатной кислородной задолженностью. Повышение температуры тела также говорит о более высокой скорости метаболизма и росте потребления кислорода.

Чем продолжительнее и интенсивнее физическая нагрузка, тем больше времени занимает восстановление. Например, на восстановление после полного истощения гликогена мышц зачастую требуется несколько дней, а не секунд, минут или часов, необходимых для восстановления запасов КФ и АТФ и удаления молочной кислоты. Физическая нагрузка большой интенсивности, вероятно, приводит к микротравмам мышечных волокон, и их восстановление занимает некоторое время.

Компоненты кислородной задолженности. После длительной, тяжелой физической нагрузки дыхание остается выше нормы для удовлетворения повышенной потребности в кислороде

Компонент	Пояснение
1	Восстановление запасов кислорода в тканях(около 1 л)
2	Восстановление уровней креатинфосфата и других богатых энергией фосфатов (около 1-1,5 л)
3	Удаление молочной кислоты путем глюконеогенеза и другими путями (до 12 л)
4	Стимуляция метаболизма вследствие повышения уровня адреналина (около 1 л)
5	Дополнительное потребление кислорода в дыхательных мышцах и сердце (около 0,5 л)
6	Общее усиление метаболизма вследствие более высокой температуры тела*

Q10 - повышение температуры на 10 °С может удвоить скорость метаболизма, если клетки могут справляться с такими изменениями температуры

sportwiki.to

Глава 6. Основы энергообеспечения мышечной деятельности в контактных стилях единоборств

Вы наблюдаете за поединком. Отмечаете начало, спортсмены проводят ложные выпады, постоянно двигаются, готовят атаки, защищаются. Неожиданно один из спортсменов взрывается и наносит серию ударов в разные уровни. Попадает, развивает успех, прибавляет темп и вдруг встает. В конце схватки значительно потерял в легкости, дыхание учащенное и начало атак стало заметно. Что происходит? Какие энергетические процессы произошли, и почему так реагирует организм на соревновательную нагрузку. Ответ в энергообеспечении мышечной деятельности.

Тренировочное воздействие на мышечную систему влечет за собой изменения в энергообеспечении движений. Неоспоримо, что существуют общепринятые модельные характеристики соревновательной техники. Специалисты, тренеры, спортсмены, ученые имеют свое представление об учебно-тренировочном процессе и используют знания, умения и опыт на практике. В общем, модельные параметры спортсмена-единоборца понятны всем. У каждого тренера свой стереотип мышления. И каждый старается под свой стереотип подстроить процесс подготовки спортсмена. В большинстве случаев предпочтение отдается скоростно-силовым параметрам, некоторые развивают специальную выносливость, кто-то делает упор на технику и тактику. Цель одна – спортивный результат.

В этой главе подробно изложены механизмы энергообеспечения мышечной деятельности применительно к контактным ударным единоборствам.

Поединок в тхэквондо длится шесть минут и состоит из трех раундов по две минуты с минутой отдыха между раундами. В каратэ поединок длится три минуты и если победитель не определился, то после решения судей добавляется еще две минуты. В кикбоксинге три раунда по две минуты с минутой отдыха между раундами. Из этого можно сделать вывод, что поединок поддерживается анаэробными энергетическими процессами.

Для совершения физической нагрузки различной интенсивности необходима энергия, обеспечивающая процесс мышечного сокращения. В организме существует несколько систем синтеза энергии, которые используются для обеспечения того или иного вида физической нагрузки. Все эти системы объединяет то, что конечным энергетическим субстратом является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Существует несколько механизмов синтеза АТФ: с использованием кислорода (аэробный путь), без использования кислорода (анаэробный путь), а также с образованием или без образования молочной кислоты (лактата).

Рассмотрим механизмы энергообеспечения мышечной деятельности.

Первое Основу оценочного действия, качественного удара составляют БС-волокна. Не секрет, удар или серия ударов осуществляется за короткий промежуток времени. Не маловажную роль играет биомеханика движения, но суть удара в силе, скорости и точности. Необходимо развить максимальную мощность за минимальный промежуток времени.

Стартовое движение вообще, будь то прыжок, удар, поднятие тяжестей осуществляется за счет креатиновой энергетики. И называется анаэробная алактатная система (АТФ – креатин). Эта система типична для кратковременных усилий и является основной при предельных нагрузках скоростно-силового характера. По этому пути осуществляется энергообмен при выполнении работы очень высокой интенсивности (спринт, прыжки в высоту, поднятие тяжестей и т. д.). А также во всех случаях, когда мы стартуем внезапно из состояния покоя и наши мышцы начинают расходовать небольшое количество АТФ, накопленной в мышечных волокнах, а затем АТФ образуется благодаря креатинфосфату (КрФ), содержащему одну молекулу креатина и одну молекулу фосфата, которые соединены с помощью энергообразующей связи (-*-): Креатин – *-Р

При разрыве этой связи выделяется энергия, используемая для ресинтеза АТФ из АДФ и фосфата.

Эта система называется анаэробной, поскольку в ресинтезе не участвует кислород, и алактатной, поскольку молочная кислота не образуется. Количество АТФ, которое может образоваться в этом случае (примерно в четыре раза больше запаса АТФ), ограничено, так как запасы креатинфосфата в мышечных волокнах невелики. Они истощаются через 6-9секунд.

Оптимальная тренировка креатинфосфатной системы

Основной целью развития креатинфосфатной системы является увеличение содержания креатинфосфата в мышцах. Это достигается совершением тренировочной работы высокой интенсивности в 80–90 % от максимальной. Продолжительность выполняемых упражнений очень короткая от 5-10 до 20 секунд, а интервалы между повторным выполнением нагрузки должны быть достаточно продолжительными (от 1 мин. и более). Так как такие виды тренировок осуществляются с высокой ЧСС, то они могут быть рекомендованы только спортсменам с достаточной степенью тренированности сердечно-сосудистой системы, и, соответственно, их нежелательно использовать у спортсменов старших возрастных групп.

Второе Кратковременную мышечную работу, в контактных стилях единоборств: тхэквондо, каратэ и кикбоксинге продолжительностью до 3 минут осуществляет анаэробная лактатная система. Именно тренировка анаэробной лактатной системы способствует качественному выполнению взрывных мощных ударов руками и ногами в поединке, которые длится до трех минут с небольшими паузами отдыха.

Энергетический обмен при длительном выполнении упражнений в основном удел аэробных реакций, но анаэробные процессы тоже играют немалую роль. Например, переход из состояния покоя к действию (движению) всегда связан с усилением кислородного запроса. Но органы кислородного снабжения «тяжелы на подъем», они не могут быстро включиться в работу с максимальной интенсивностью. Здесь и выручает способность работать в условиях кислородной задолженности, так как накопить кислорода в организме можно немного: всего 400–500 мл в легких, 900-1000 – в крови, 300–400 – в мышцах и межтканевой жидкости. Увы, таких запасов хватает лишь на несколько секунд упражнений. (В организме имеется также механизм накопления кислорода в виде супероксидов или перекисных соединений. Этот механизм, вероятнее всего, используют йоги).

При физической работе, при воздействии патогенных факторов организму для сохранения гомеостаза необходимо затратить определенную дополнительную энергию. Аэробный процесс, как уже отмечалось, является самым экономичным (если сравнить с креатин-фосфатным, то в 38 раз), однако, он является достаточно медленным и не может обеспечить достаточным количеством энергии. В таких случаях в энергообеспечении организма повышается роль углеводов. Они расщепляются первыми, когда возникает необходимость в срочном образовании энергии. Например, при работе максимальной и субмаксимальной мощности около 70–90 % всей расходуемой энергии обеспечивается за счет гликолиза. Другими словами для более быстрого получения энергии организм усиливает гликолитический тип энергообмена, так как он более быстрый, чем кислородный и значительно продолжительнее креатин-фосфатного.

Его еще называют анаэробная гликолитическая система, поскольку молекулы сахара расщепляются без участия кислорода. Молекулы сахара, точнее говоря молекулы глюкозы, расщепляются не полностью, а лишь до образования молочной кислоты. Мышца фактически содержит не молекулы молочной кислоты, а отрицательно заряженный ион лактата (LА-) и положительно заряженный ион водорода (Н+), а также энергию, необходимую для образования АТФ из АДФ и фосфата: Глюкоза = LА- + Н+ + энергия

Оба этих иона могут рассматриваться как ненужные, служащие помехой для мышц. Они также могут попасть из мышцы в кровь даже во время работы мышцы, если эта работа будет достаточно продолжительной.

Принято считать, что мышца прибегает к анаэробной лактатной системе в том случае, когда интенсивность выполняемой работы такова, что запрос АТФ в минуту будет превышать количество АТФ, образуемое за счет аэробной системы.

Рис. 1 Факторы, обеспечивающие анаэробную производительность организма.

Анаэробная лактатная система важна в беге на дистанции 400 м, 800 м и даже на более длинную дистанцию 1500 м. В дальнейшем мы увидим, что здесь обычно участвует не вся мышца, а лишь часть ее волокон.

Зависимость анаэробных возможностей организма (анаэробная производительность) от ряда факторов отражена на рис. 1

Третье Молочная кислота, или лактат всегда присутствуют в организме. При определенных видах нагрузки лактат поглощается волокнами той или других мышц. Уровень индивидуальной тренированности способен поглотить и использовать разное количество лактата. Только узконаправленные тренировки на формирование активности ферментных систем, катализирующих анаэробные реакции приводят к повышению устойчивости организма к высокой концентрации лактата в крови.

На практике – это высокий темп, хлесткие, сильные и точные удары, быстрое восстановление.

Многие люди не знают, что наш организм и в состоянии покоя вырабатывает очень небольшое количество молочной кислоты. Такие небольшие количества молочной кислоты могут быть легко удалены из организма, однако они служат объяснением того, почему всегда имеются следы лактата в крови у человека.

Можно сказать, что количество молочной кислоты, образуемой в секунду мышцами и выделяемого в кровь увеличивается, когда когда мы увеличиваем интенсивность нагрузки, например, скорость или вес отягощения. Вплоть до определенной интенсивности нагрузки, организм может выделять в кровь всю молочную кислоту. Обычно она поглощается другими мышцами или другими мышечными волокнами той же самой мышцы, которая вырабатывает эту субстанцию, а также сердцем, печенью или почками. Таким образом, уровень лактата в крови всегда остается близким к базальной величине.

У тренированных к длительным нагрузкам людей образуется довольно большое количество лактата, но их организм способен поглотить большую часть его.

Молочная кислота вырабатывается мышцами и затем выделяется в кровь, где можно измерить ее концентрацию. Она присутствует как в мышечных волокнах, так и в крови в виде двух ионов, соответственно одной молекулы и одного электрически заряженного атома. Первый ион – это отрицательно заряженный ион лактата (LА-). Уровень этой субстанции в крови может быть, в частности, измерен. Второй ион – это положительно заряженный ион водорода (Н-). Именно второй ион вызывает большой дискомфорт, т. к. повышает уровень молочной кислоты в мышцах. Более того, он даже может нарушить надлежащую работу мышц. Уменьшение работоспособности мышц мы ощущаем после бега с высокой скоростью. Оно вызвано, большей частью, как раз повышением уровня молочной кислоты. Когда этот уровень превысит определенную величину, в мышечных волокнах происходят разные изменения (например, изменение митохондрий), которые могут сохраняться в течение нескольких часов (даже дней у индивидов, не привыкших выполнять нагрузки, связанные с образованием молочной кислоты). Восстановительные механизмы организма человека постепенно реконструируют состояние до нагрузки, в ряде случаев состояние, которое позволяет индивиду переносить высокий уровень молочной кислоты в крови.

Заметим, что ионы водорода служат помехой не только мышцам, но и мозгу как только они поступят в кровь, они достигают и ликвора (жидкость, окружающая мозг) Именно поэтому образование большого количества молочной кислоты негативно влияет на ясность ума, координацию и рефлекторные реакции. Все эти эффекты могут быть отчасти вызваны аммиаком, который также образуется в мышцах. Т. е. молочная кислота представляет собой, во многих отношениях, ненужную субстанцию, мешающую организму. Тем не менее, ее молекулы содержат энергию, поэтому важно, чтобы рабочие мышцы учились использовать этот источник энергии.

Уровень лактата в крови

Ниже перечислены общепринятые показатели уровня лактата в крови. Заметьте, что при использовании разных методов измерения могут иметься незначительные расхождения в полученных показателях.

• около 1 ммоль/л: в состоянии покоя и при беге в медленном темпе;

• около 2 ммоль/л: во время марафонского бега в постоянном темпе или со скоростью на уровне аэробного порога;

• около 4 ммоль/л: у большинства бегунов это будет показатель, измеренный при беге со скоростью на уровне анаэробного порога или же при беге со скоростью, которую спортсмен в состоянии поддерживать в течение одного часа при беге в постоянном темпе по ровной поверхности;

• около 18–20 ммоль/л: у спортсменов высокого класса после достижения лучшего личного результата на дистанции 400 м или 800 м; у элитных спортсменов этот показатель может быть больше 25 ммоль/л;

Другой надежный тест анаэробной производительности организма – максимальный кислородный долг. Одним из первых определил этот показатель, равный 18,7 л, английский физиолог Хилл. Последующие исследования позволили получить еще большую величину – 20–23 л. Так же, как и в случае с МПК, подобный кислородный долг наблюдается только у спортсменов высокого класса. У не занимающихся спортом или активной физкультурой он не превышает 4–7 л или 60-100 мг на 1 кг веса.

Четвертое отрицательные проявления повышения уровня лактата, указывает на неспособность аэробных систем энергообеспечения обеспечивать преодоления физической нагрузки высокой интенсивности. Высокие концентрации лактата в крови являются отражением развития ацидоза (закисления) как внутри самих мышечных клеток (внутриклеточный ацидоз), так и в межклеточных пространствах, их окружающих (внеклеточный ацидоз). Закисление мышечных клеток приводит к серьезным метаболическим нарушениям. Количество лактата более 7ммоль/л противопоказано для отработки технических элементов.

В практике тренировок часто применяется монотонное высокоскоростное воздействие. Где ЧСС более 90 % от максимума. Нет достаточных пауз для отдыха и восстановления. Спортсмен загружается по полной программе, перенапрягается, не восстанавливается.

Функционирование многих ферментных систем, в том числе аэробного энергообеспечения, резко нарушается при развитии ацидоза, что, в частности, отрицательно отражается на аэробной емкости. Причем изменения эти могут длительно сохраняться. Так, например, может понадобиться несколько дней для полного восстановления аэробной емкости после преодоления физической нагрузки, сопровождавшейся значительным накоплением лактата. Частое неконтролируемое повторение такой нагрузки при отсутствии полного восстановления аэробных систем приводит к развитию перетренированности. Длительное сохранение внутри– и внеклеточного ацидоза сопровождается повреждением клеточных стенок скелетной мускулатуры. Это сопровождается возрастанием концентрации в крови внутриклеточных веществ, содержание которых в крови при отсутствие повреждения мышечных клеток минимально. К таким веществам относятся креатин-фосфокиназа (КФК) и мочевина. Увеличение концентрации этих веществ – явный признак повреждения мышечных клеток. Если для снижения концентрации этих веществ в крови требуется 24–96 часов, то для полного восстановления нормальной структуры мышечных клеток необходим значительно более длительный период. В этот период возможно проведение тренировочной нагрузки только восстановительного характера.

Повышение уровня лактата сопровождается одновременным нарушением координации движений, что отчетливо проявляется в высокотехничных видах спорта. При уровне лактата в 6–8 ммоль/л проведение тренировок по отработке технических приемов считается нецелесообразным, т. к. при нарушенной координации движений сложно добиться технически грамотного исполнения требуемых упражнений.

При ацидозе, связанном с накоплением лактата, резко возрастает риск получения травм спортсменами. Нарушение целостности клеточных оболочек скелетных мышц приводит к их микронадрывам. Резкие и нескоординированные движения могут привести и к более серьезным травматическим повреждениям (надрывы или разрывы мышц, сухожилий, повреждения суставов).

В "закисленных" мышцах замедляется ресинтез (повторное образование) креатинфосфата. Это следует учитывать при тренировках ударной техники рук и ног, особенно при подведении к соревнованиям. В это время следует избегать интенсивных физических нагрузок, сопровождающихся накоплением лактата и истощением запасов креатинфосфата.

Разработаны специальные методики тренировки лактатной системы, направленные на повышение устойчивости организма к усиленному образованию и накоплению молочной кислоты. Основная задача таких тренировок сводится к адаптации организма спортсмена преодолевать соревновательную нагрузку в условиях повышенного образования и накопления молочной кислоты.

Виды тренировок лактатной системы:

1. Повторные тренировки.

Физическая нагрузка высокой интенсивности и продолжительностью от 20 до 180 секунд чередуется с интервалами отдыха от 30 до 60 секунд. Интервалы отдыха не должны быть слишком продолжительными, иначе будет происходить снижение содержания лактата. Количество серий от 2 до 10. Паузы отдыха между сериями от 5 до 7 минут. Обычно это достаточно жесткие по своей интенсивности тренировочные занятия, требующие тщательного контроля состояния спортсмена и правильного выбора объема и продолжительности нагрузки. Тренер в процессе тренировки должен контролировать ЧСС. Поделитесь на страничке

Следующая глава >

sport.wikireading.ru

Глава 1. Основы энергообеспечения мышечной деятельности

Работающим мышцам необходима энергия. Следовательно, любая физическая нагрузка требует поставки энергии. В нашем организме существуют разные системы энергообеспечения, каждая из которых имеет свои особенности. Составление оптимальной тренировочной программы возможно только при хорошем знании принципов энергообеспечения.

Если прислушаться к своему организму, то можно достаточно точно установить, какая именно из систем в данный момент задействована для снабжения работающих мышц энергией. Однако, на практике, многие спортсмены не прислушиваются к сигналам своего организма, в соответствии с которыми они могли бы вносить изменения в свою тренировочную программу. Многие спортсмены тренируются слишком интенсивно или слишком однообразно, некоторые тренируются с чрезмерно низкой интенсивностью. Как бы то ни было, ни те, ни другие, никогда не смогут достичь желаемых результатов. Установить оптимальную тренировочную интенсивность можно двумя способами: при помощи замеров уровня лактата (молочной кислоты) в крови или при помощи регистрации частоты сердечных сокращений (ЧСС). Используя оба или один из этих методов, спортсмены часто добиваются более высоких результатов даже при меньшем объеме и интенсивности тренировок.

Энергетические системы

В организме человека существует такое высокоэнергетическое химическое вещество как аденозинтрифосфат (АТФ), которое является универсальным источником энергии. Во время мышечной деятельности АТФ распадается до аденозинфосфата (АДФ). В ходе этой реакции высвобождается энергия, которая непосредственно используется мышцами для энергии.

АТФ —> АДФ + энергия

Содержание АТФ в мышцах незначительное. При интенсивной мышечной деятельности запасы АТФ расходуются в течение 2 с. Однако внутри мышц существует несколько вспомогательных систем, которые непрерывно восстанавливают АТФ из продукта ее распада АДФ. Благодаря непрерывному восстановлению (ресинтезу) АТФ в

организме поддерживается относительное постоянство этого вещества, что позволяет мышцам работать без остановки.

Выделяют три основных системы ресинтеза АТФ: фосфатную, лактат-нуюи кислородную.

Фосфатная система

Фосфатный механизм ресинтеза АТФ включает использование имеющихся запасов АТФ в мышцах и быстрый ее ресинтез за счет высокоэнергетического вещества креатинфосфата (КрФ), запасы которого в мышцах ограничиваются 6-8с интенсивной работы. Реакция ресинтеза АТФ с участием КрФ выглядит следующим образом:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин

Фосфатная система отличается очень быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако она эффективна только в течение очень короткого времени. При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 с. Вначале в течение 2 с расходуется АТФ, а затем в течение 6-8с - КрФ. Такая последовательность наблюдается при любой интенсивной физической деятельности. Фосфатная система важна для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, метателей диска, боксеров и теннисистов, то есть для всех взрывных, кратковременных, стремительных и энергичных видов физической деятельности.

Скорость ресинтеза КрФ после прекращения физической нагрузки также очень высока. Запасы высокоэнергетических фосфатов (АТФ и КрФ), израсходованных во время нагрузки, восполняются в течение нескольких минут после ее завершения. Уже через 30 с запасы АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через 3-5мин восстанавливаются полностью.

Для тренировки фосфатной системы используются резкие, непродолжительные, мощные упражнения, чередующиеся с отрезками отдыха. Отрезки отдыха должны быть достаточно длительными, чтобы успевал происходить ресинтез АТФ и КрФ (график 1).

Содержание АТФ и КрФ в организме увеличивается на 25-50%после 7 месяцев тренировок на выносливость в виде бега три раза в неделю. АТФ и КрФ являются самыми быстродоступными источниками энергии. Увеличение запасов АТФ и КрФ повышает способность спортсмена показывать хорошие результаты в видах деятельности, которые длятся не более 10 с.

Уже через 8 недель спринтерских (скоростных) тренировок значительно увеличивается количество ферментов, которые отвечают за распад и ре-синтезАТФ. Если АТФ распадается быстрее, то, следовательно, и высвобождение энергии происходит быстрее. Таким образом, тренировка не только повышает запасы АТФ и КрФ, но и ускоряет процесс распада и восстановления АТФ. Такая адаптация организма (увеличение запасов АТФ/КрФ и повышение ферментативной активности) достигается путем сбалансированной тренировочной программы, включающей как аэробные, так и спринтерские тренировки.

Фосфатная система называется анаэробной, потому что в ресинтезе АТФ не учавствует кислород, и алактатной, поскольку не образуется молочная кислота.

Кислородная система

Кислородная, или аэробная, система является наиболее важной для спортсменов на выносливость, поскольку она может поддерживать физическую работу в течение длительного времени.

Кислородная система обеспечивает организм, и в частности мышечную деятельность, энергией посредством химического взаимодействия пищевых веществ (главным образом, углеводов и жиров) с кислородом. Пищевые вещества поступают в организм с пищей и откладываются в его хранилищах для дальнейшего использования по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Запасы гликогена могут сильно варьироваться, но в большинстве случаев их хватает как минимум на 60-90мин работы субмаксимальной

интенсивности. В то же время запасы жиров в организме практически неисчерпаемы.

Углеводы являются более эффективным "топливом" по сравнению с жирами, так как при одинаковом потреблении энергии на их окисление требуется на 12% меньше кислорода. Поэтому в условиях нехватки кислорода при физических нагрузках энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов. Поскольку запасы углеводов ограничены, ограничена и возможность их использования в видах спорта на выносливость. После исчерпания запасов углеводов к энергообеспечению работы подключаются жиры, запасы которых позволяют выполнять очень длительную работу.

Вклад жиров и углеводов в энергообеспечение нагрузки зависит от интенсивности упражнения и тренированности спортсмена. Чем выше интенсивность нагрузки, тем больше вклад углеводов в энергообразование. Но при одинаковой интенсивности аэробной нагрузки тренированный спортсмен будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком. Таким образом, тренированный человек будет более экономично расходовать энергию, так как запасы углеводов в организме небезграничны.

Производительность кислородной системы зависит от количества кислорода, которое способен усвоить организм человека. Чем больше потребление кислорода во время выполнения длительной работы, тем выше аэробные способности. Под воздействием тренировок аэробные способности человека могут вырасти на 50%.

Окисление жиров для энергии происходит по следующему принципу:

Жиры + кислород + АДФ → углекислый газ + АТФ + вода

Полученный в ходе реакции окисления углекислый газ выводится из организма легкими.

Распад углеводов (гликолиз) протекает по более сложной схеме, в которой задействуются две последовательные реакции:

Первая фаза:

глюкоза + АДФ → молочная кислота + АТФ

Вторая фаза:

молочная кислота + кислород +АДФ → углекислый газ +АТФ + вода

studfiles.net

Энергетика работы мышц

Аэробные тренировки Отслеживание нагрузки Тренировки и пульс Теория аэробных тренировок

Источником энергии в клетках является вещество аденозинтрифосфат (АТФ), которое при необходимости распадается до аденозинфосфата (АДФ):

АТФ → АДФ + энергия.

При интенсивной нагрузке имеющийся запас АТФ расходуется всего за 2 секунды. Однако АТФ непрерывно восстанавливается из АДФ, что позволяет мышцам продолжать работать. Существует три основные системы восстановления АТФ: фосфатная, кислородная и лактатная.

Фосфатная система

Фосфатная система выделяет энергию максимально быстро, поэтому она важна там, где требуется стремительное усилие, например, для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, боксеров и теннисистов.

В фосфатной системе восстановление АТФ происходит за счет креатинфосфата (КрФ), запасы которого имеются непосредственно в мышцах:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин.

При работе фосфатной системы не используется кислород и не образуется молочная кислота.

Фосфатная система работает только в течение короткого времени — при максимальной нагрузке совокупный запас АТФ и КрФ истощается за 10 секунд. После завершения нагрузки запасы АТФ и КрФ в мышцах восстанавливаются на 70% через 30 секунд и полностью — через 3–5 минут. Это нужно иметь в виду при выполнении скоростных и силовых упражнений. Если усилие длится дольше 10 секунд или перерывы между усилиями слишком короткие, то включается лактатная система.

Кислородная система

Кислородная, или аэробная, система важна для спортсменов на выносливость, так как она может поддерживать длительную физическую работу.

Производительность кислородной системы зависит от способности организма транспортировать кислород в мышцы. За счет тренировок она может вырасти на 50%.

В кислородной системе энергия образуется, главным образом, в результате окисления углеводов и жиров. Углеводы расходуются в первую очередь, так как для них требуется меньше кислорода, а скорость выделения энергии выше. Однако запасы углеводов в организме ограничены. После их исчерпания подключаются жиры — интенсивность работы при этом снижается.

Соотношение используемых жиров и углеводов зависит от интенсивности упражнения: чем выше интенсивность, тем больше доля углеводов. Тренированные спортсмены используют больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком, то есть более экономично расходуют имеющиеся запасы энергии.

Окисление жиров происходит по уравнению:

Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Распад углеводов протекает в два шага:

Глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота.

Молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Кислород требуется только на втором шаге: если его достаточно, молочная кислота не накапливается в мышцах.

Лактатная система

При высокой интенсивности нагрузки поступающего в мышцы кислорода не хватает для полного окисления углеводов. Образующаяся молочная кислота не успевает расходоваться и накапливается в работающих мышцах. Это приводит к ощущению усталости и болезненности в работающих мышцах, а способность выдерживать нагрузку снижается.

В начале любого упражнения (при максимальном усилии — в течение первых 2 минут) и при резком увеличении нагрузки (при рывках, финишных бросках, на подъемах) возникает дефицит кислорода в мышцах, так как сердце, легкие и сосуды не успевают полностью включиться в работу. В этот период энергия обеспечивается за счет лактатной системы, с выработкой молочной кислоты. Чтобы избежать накопления большого количества молочной кислоты в начале тренировки, нужно выполнить легкую разогревающую разминку.

При превышении определенного порога интенсивности организм переходит на полностью анаэробное энергообеспечение, в котором используются только углеводы. Из-за нарастающей мышечной усталости способность выдерживать нагрузку истощается в течение нескольких секунд или минут, в зависимости от интенсивности и уровня подготовки.

Влияние молочной кислоты на работоспособность

Рост концентрации молочной кислоты в мышцах имеет несколько последствий, которые нужно учитывать при тренировках:

Нарушается координация движений, что делает тренировки на технику неэффективными.
В мышечной ткани возникают микроразрывы, что повышает риск травм.
Замедляется образование креатинфосфата, что снижает эффективность спринтерских тренировок (тренировок фосфатной системы).
Снижается способность клеток окислять жир, что сильно затрудняет энергообеспечение мышц после истощения запасов углеводов.

В условиях покоя на нейтрализацию половины молочной кислоты, накопившейся в результате усилия максимальной мощности, организму требуется около 25 минут; за 75 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Если вместо пассивного отдыха выполняется легкая заминка, например, пробежка трусцой, то молочная кислота выводится из крови и мышц намного быстрее.

Высокая концентрация молочной кислоты может вызвать повреждение стенок мышечных клеток, что приводит к изменениям в составе крови. Для нормализации показателей крови может потребоваться от 24 до 96 часов. В этот период тренировки должны быть легкими; интенсивные тренировки сильно замедлят восстановительные процессы.

Слишком высокая частота интенсивных нагрузок, без достаточных перерывов на отдых, приводит к снижению работоспособности, а в дальнейшем — к перетренированности.

Запасы энергии

Энергетические фосфаты (АТФ и КрФ) расходуются за 8–10 секунд максимальной работы. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Как правило, их хватает на 60–90 минут интенсивной работы.

Запасы жиров в организме практически неисчерпаемы. Доля жировой массы у мужчин составляет 10–20%; у женщин — 20–30%. У хорошо тренированных спортсменов на выносливость процент жира может находиться в диапазоне от максимально низкого до относительно высокого (4–13%).

Запасы энергии человека Источник Запас (при весе 70 кг) Длительность Дли-тель-ностьинтенсивнойработы Энергети-ческая система Особенности ГраммыКкал

* Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ
* Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ
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».

mhlife.ru

Роль креатина в энергообеспечении мышц

Про энергообеспечение мышц и про роль креатина в этом процессе написано много. Неоднократно про это писали и мы. Тем не менее четкого понимания этого процесса у большинства спортсменов и тренеров нет. И способствует этому то, что и в учебниках, и в многочисленных статьях, выложенных в Сети, представлена устаревшая модель его действия. В основе этой модели стоит предположение, что молекула АТФ может свободно перемещаться по мышечной клетке. Данное предположение было опровергнуто группой советских ученых-кардиологов (академик Е. И. Чазов, профессор В. Н. Смирнов, к. х. н. В. А. Сакс и д. б. н. Л. В. Розенштраух), открывших механизмы креатинфосфатного пути переноса энергии в мышце сердца еще в далеком 1977 году. Как оказалось, процессы энергообеспечения, согласно открытой учеными новой модели, происходят не только в мышце сердца, но и во всех скелетных мышцах. Западные ученые приняли это открытие только в начале 2000 годов. Тем не менее до сих пор как в нашей, так и в западной литературе часто продолжают ссылаться на старую модель.Для лучшего понимания данного процесса мы разберем обе модели. Сначала рассмотрим старую модель, знакомую всем по учебникам.Как известно, универсальным источником энергии в живом организме является молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Под действием фермента аденозинтрифосфатазы (АТФ-азы) АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ), при этом высвобождается энергия. АТФ + h3O = АДФ + h4PO4 + энергия.Также известен факт, что энергии одной молекулы АТФ хватает на один поворот миозинового мостика.Вот как описана старая модель в достаточно новом издании – «Наука о спорте: энциклопедия систем жизнеобеспечения» (гл. ред. А. Д. Жуков; ред. В. И. Столяров. – ЮНЕСКО, М.: ИД Магистр-пресс, 2011):«Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФ-азной активностью и, соответственно, возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения. Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2–5 первых секунд. Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.Эта реакция получила название реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в легкой атлетике прием креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоцелесообразен.Запасы креатинфосфата в волокне невелики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются».Как мы видим, роль креатинфосфата по этой модели ограничивается двумя минутами работы, после чего оставшийся свободный креатин неактивен до окончания работы и ресинтезируется обратно в креатинфосфат (КрФ) только после ее окончания. Другие авторы ограничивают время работы мышечного волокна (МВ) на КрФ до 20–30 сек. А вот В. М. Смирнов и В. М. Дубровский в учебнике «Физиология физического воспитания и спорта» (2002 г.) дали следующие данные: «Запас АТФ в скелетных мышцах обеспечивает всего лишь 10 одиночных сокращений. При максимальном мышечном сокращении имеющихся в тканях запасов АТФ достаточно лишь на одну секунду. Энергия КФ, концентрация которого в три-восемь раз больше, чем АТФ, может поддержать такое сокращение в течение еще нескольких секунд. При максимальном сокращении на протяжении нескольких секунд абсолютно необходим анаэробный гликолиз, в котором используются запасы гликогена».Данная модель энергообеспечения МВ основана на возможном свободном передвижении АТФ из саркоплазмы в миофибриллу, а АДФ – из миофибриллы в саркоплазму. Известно, что в саркоплазме АДФ может восстановиться до АТФ несколькими путями:1) В результате гликолиза из глюкозы (C6h22O6) или гликогена (C6h20O5)n, с образованием двух молекул пирувата, которые в гликолитическом мышечном волокне (ГМВ) с помощью фермента ЛДГ-М (лактат-дегидрогеназы мышечного типа) преобразуются в молекулы лактата. Лактат, соединяясь с ионами водорода (Н+), образует молочную кислоту (C3H6O3). В процессе гликолиза из глюкозы образуются две молекулы АТФ, а из гликогена – три. Этот процесс протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов, и суммарное уравнение с участием глюкозы выглядит так:C6h22O6 + 2 АДФ + 2 h4PO4 = 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 h3O2) В результате окисления гликогена или глюкозы. Окисление происходит в несколько этапов. Сначала идет гликолиз (см. выше), но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа (СО2) и воды (Н2О) и дают энергию для производства еще 36 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:C6h22O6 + 6 O2 + 38 АДФ + 38 h4PO4 = 6 CO2 + 44 h3О + 38 АТФВ) В результате окислительного фосфорилирования свободных жирных кислот. Данный процесс также происходит в митохондриях с использованием кислорода. На примере пальмитиновой кислоты (C16h42O2) эта реакция выглядит так:C16h42O2 + 23 O2 +129 АДФ = 6CO2 + 146 h3O + 129 АТФКак мы видим по этим уравнениям, ни гликоген с глюкозой, ни жирные кислоты сами по себе не образуют АТФ, а вступают в реакцию с молекулами АДФ, восстанавливают в них утраченную фосфатную группу и превращают их в молекулы АТФ.Теперь рассмотрим новую модель энергообеспечения МВ, открытую нашими учеными. Согласно их исследованиям, ни АТФ, ни АДФ не могут свободно перемещаться по клетке в силу своего большого размера. Соответственно, миофибриллярные АТФ (м-АТФ) не покидают миофибриллы, а саркоплазматические АТФ (с-АТФ) – саркоплазмы. Посредником в передаче энергии в виде фосфатной группы (Ф) выступает креатин (Кр). Согласно этой модели, процесс энергообеспечения выглядит следующим образом. М-АТФ располагается на головке миозинового мостика и не покидает ее. На головке мостика также находятся аденозинтрифосфатаза (АТФ-аза), фермент, активирующий АТФ (по степени его активности МВ делятся на быстрые и медленные), и креатинкиназа (КрК-аза), фермент, катализирующий ресинтез АТФ из КрФ. Энергии АТФ хватает, как уже говорилось, на один гребок миозинового мостика, то есть на 0,1 сек. После этого мостик остается сцепленным с филаментом актина, и для того чтобы расцепиться, перехватиться и сделать следующий гребок, ему нужна энергия. Эту энергию он получает от КрФ. Молекула КрФ подходит к мостику и под воздействием КрК-азы отдает свой Ф м-АДФ, превращая ее в м-АТФ. Далее фермент АТФ-аза активирует м-АТФ, и она отдает свой Ф с образованием энергии, вновь превращаясь при этом в м-АДФ. За счет этой энергии мостик отцепляется от актина, соединяется с другим участком филамента и делает гребок. После чего остается в сцепленном состоянии и ждет, когда новая молекула КрФ ресинтезирует м-АТФ для дальнейшего продолжения работы. То есть, как мы видим, никаких 2–3 сек. работы, никаких 10 одиночных движений за счет запаса АТФ в мышце нет. Есть один гребок продолжительностью 0,1 сек., а дальше уже включается механизм КрФ. Сразу скажу, что этой информации вы не найдете ни в одном литературном источнике. Это теоретическая модель, построенная на основе спортивной адаптологии. Практически подтвердить ее пока не представляется возможным технически.Свободный креатин перемещается в саркоплазму, где вступает в реакцию с с-АТФ и забирает у нее Ф, превращаясь в КрФ. То есть ресинтез КрФ происходит не по окончании работы, а в процессе ее, практически с первой же секунды. Далее КрФ движется обратно в миофибриллу восстанавливать м-АДФ до м-АТФ. Это движение Кр из миофибриллы в саркоплазму и обратно называется креатинфосфатный челнок.С-АДФ ресинтезируются в процессе гликолиза или окисления, как уже было описано выше. Только они никуда не перемещаются из саркоплазмы, а пассивно ждут молекулу Кр, для того чтобы отдать ей свой Ф, после чего в виде АДФ вновь участвуют в процессе гликолиза и окисления.Отсюда мы делаем очень важный вывод. Гликолиз и окисление ресинтезируют только с-АТФ. А м-АТФ могут быть ресинтезированы только креатинфосфатом, независимо от того, продолжается работа 2 секунды или 12 часов. Поэтому КрФ одинаково нужен и спринтерам, и стайерам. Поэтому практические эксперименты подтверждают высокую эффективность приема добавок с креатином вне зависимости от длительности работы. Более высокая концентрация КрФ в МВ позволяет более продолжительное время удерживать высокую мощность в алактатном режиме в первые секунды работы. В аэробном режиме работы за счет большего количества Кр транспорт Ф между с-АТФ и м-АТФ происходит более активно, что позволяет повысить мощность работы.Помимо эффективности приема креатиновых добавок перед соревнованием для повышения спортивного результата, модель энергообеспечения, построенная на креатиновом челноке, объясняет и эффект приема креатина для роста мышечной массы. Мы уже описывали на страницах нашего журнала процесс синтеза белковых молекул. Напомню вкратце. Анаболические гормоны, в первую очередь тестостерон, проникают сквозь клеточную мембрану в МВ, связываются с рецептором и в форме «гормон-рецептор» проникают в ядро клетки, где воздействуют на цепочку ДНК. Цепочка разворачивается, и с ее гена снимается копия – и-РНК (информационная рибонуклеиновая кислота, иногда ее называют м-РНК, матричная рибонуклеиновая кислота), которая покидает ядро, выходит в саркоплазму и заходит в рибосому, где по ее шаблону начинается синтез белковой молекулы из аминокислот, которые доставляют в рибосому т-РНК (транспортные рибонуклеиновые кислоты). Так вот процесс транскрипции (переноса генетической информации с ДНК на РНК) требует затрат энергии. И энергия эта осуществляется за счет АТФ, находящихся в ядре клетки, которые так же, как и с-АТФ и м-АТФ, не могут свободно перемещаться по клетке и постоянно находятся внутри ядра. И их также ресинтезируют молекулы КрФ. Чем больше КрФ в МВ, тем более активно протекает процесс транскрипции в ядрах, тем большее количество и-РНК образуется и тем более активно происходит синтез белковых молекул. Известные опыты в животноводстве в 80-х годах прошлого века, когда в результате дополнительного приема креатина животные быстро набирали мышечную массу, связаны именно с этим механизмом действия КрФ.Как мы видим, не всем учебникам можно безоговорочно доверять. Инертность в науке достаточно большая, и для того чтобы современные научные данные и модели попали в учебники, требуется достаточно долгое время. Иногда, как в этом случае, даже не одно десятилетие.ЖУРНАЛ «ЖЕЛЕЗНЫЙ МИР» № 11/2015

fiscult.com

Миф №10. При энергообеспечении мышечной деятельности сначала используется креатинфосфат, затем улеводы и только потом – жиры.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Миф №11. Жиры начинают сжигаться только спустя 20 минут после начала нагрузки

Чтобы разобраться с этими мифами, предлагаю немного погрузиться в тему биохимии, а точнее, энергообеспечения мышц. Погрузиться предлагаю неглубоко, т.к. нырнув в пучину всякихциклов Кребса, пируватов и ацетоацетилов, можем в них и утонуть. Нам же достаточно понять общие принципы работы наших биоэлектростанций, достаточные для того, чтобы осмыслить и при необходимости объяснить нашим клиентам те или иные превращения, происходящие с их тушками. … простите, организмами.

Поэтому данную статью я хочу озаглавить «Биоэнергетика мышечной деятельности. Просто о сложном».

Итак, как же образуется энергия, необходимая нашим мышцам для их сокращения? Что является для них топливом? Давайте для начала возьмем в пример автомобиль. Топливом для него служит бензин, который хранится в бензобаке и по необходимости поступает к двигателю. Такой же «бензин» есть и у нашего организма: это химическое вещество под названием «АТФ» (аденозинтрифосфат). Состоит он из аденозина и трех фосфатных групп. При расщеплении АТФ (т.е. отделении одной или двух фосфатных групп) образуется энергия. В результате вместо аденозинтрифосфата остается аденозинди(т.е. два)фосфат (АДФ) или аденозинмоно(т.е. один)фосфат (АМФ). (Рис. 1)

Рис. 1

Но, в отличие от автомобиля, запасы энергии для которого хранятся в бензобаке, в организме запасов «бензина» (АТФ) нет. Вместо этого в нашем теле существуют специальные «фабрики» по его производству. Их задача – изготавливать АТФ точно с такой же скоростью, с какой он тратится.

Таких фабрик несколько. Мы рассмотрим самые основные.

Первая фабрика изготавливает АТФ из вещества под названием креатинфосфат (КрФ). Происходит простая химическая реакция: от креатинфосфата отщепляется фосфат, который затем присоединяется к АДФ. От КрФ остается свободный креатин. (Рис.2)

Рис. 2

Эта фабрика наиболее мощная, она способна производить АТФ очень быстро. Однако запасы КрФ, находящиеся непосредственно в мышцах, крайне малы. При высокоинтенсивной работе уже на 5-й секунде его запасы снижаются на 1/3, на 15-й – наполовину, а где-то через 45 секунд он заканчивается вовсе.

Вторая фабрика изготавливает АТФ из углеводов – в основном из внутримышечных запасов гликогена, который постепенно расщепляется до молочной кислоты. (Рис.3.) Этот процесс называется гликолиз. Эта фабрика, хотя и уступает по своей мощности креатинфосфатной, тоже способна обеспечивать энергией достаточно интенсивную работу. И запасы углеводов в организме весьма большие. Кроме гликогена, запасенного в мышцах, много гликогена хранится в печени. Проблема с энергообеспечением за счет гликолиза связана с образованием молочной кислоты. Точнее, не самой молочной кислотой, а с образующимися из неё лактатом и ионами водорода. Они закисляют мышцу, что нарушает все происходящие в ней биохимические процессы и приводит к утомлению.

Рис.3.

Третья фабрика по производству АТФ использует для этого углеводы и кислород. Соединяясь друг с другом, они, пройдя цепочку разнообразных химических превращений, образуют АТФ, углекислый газ и воду. (Рис. 4). Соединение любых веществ с кислородом называется окислением. В данном случае речь идет об окислении углеводов.

Рис. 4.

Четвертая фабрика производит АТФ из жиров и кислорода. В результате окисления жира также образуется АТФ, углекислый газ и вода. (Рис. 5.) В отличие от окисления углеводов, при котором из 1 молекулы глюкозы производится 38 молекул АТФ, эта фабрика производит АТФ гораздо больше. При окислении 1 молекулы жира производится 130 молекул АТФ. Но происходит это намного медленнее. К тому же, для производства АТФ за счет окисления жира требуется гораздо больше кислорода, чем при окислении углеводов. Еще одна особенность этой фабрики – ее неспособность быстро выйти на свои предельные возможности. Окислительная фабрика набирает обороты постепенно, по мере того, как увеличивается доставка кислорода, и в крови повышается концентрация выделившихся из жировой ткани жирных кислот.

Рис.5.

Таким образом, внутри нашего организма четыре фабрики постоянно воспроизводят АТФ. Первые две называются анаэробными, вторые две – аэробными. (Приставка «аэро» (по латыни – «воздух») указывает на участие в химических реакциях кислорода, приставка «анаэро»- его отсутствие).

Давайте коротко повторим основные отличия между ними и их особенности.

Креатинфосфатная фабрика производит АТФ очень быстро, с такой скоростью, с какой АТФ расходуется при самой высокоинтенсивной мышечной работе. Но запасы сырья (КрФ) очень малы и быстро заканчиваются.Гликолиз – также достаточно мощная фабрика, имеющая значительные запасы своего сырья (гликогена). Но ее недостаток – «отравление окружающей среды», т.е. закисление внутренней среды клетки при активной работе этой фабрики. Окислительные фабрики – маломощные (особенно окисление жиров), работают медленно, АТФ в единицу времени производит мало. К тому же их работа зависит от своевременной доставки необходимого для этого вещества – кислорода. Зато это «экологически чистые» фабрики, ничего не закисляют, да и запасы их сырья (в частности жира) чуть ли не безграничны.

Управляют работой этих фабрик как сами клетки, так и главные управляющие системы – центральная нервная и эндокринная. В чем смысл такого управления? Дело в том, что организм, в зависимости от ситуации, регулирует работу каждой из фабрик, активизируя одни и замедляя работу других. Делает он это в соответствии с потребностями в энергии в каждый момент времени, причем учитывая особенности каждой из фабрик.

Например, в покое, когда потребности в энергии минимальны, организм старается обойтись преимущественно окислительными фабриками. Активность анаэробных механизмов он сводит к минимуму. Это логично, ведь не эффективно тратить столь ценные ресурсы (КрФ, мышечный гликоген), которые могут пригодиться организму тогда, когда придется сражаться с хищником или улепетывать от него во все лопатки. Результатом такой регуляции является то, что организм в состоянии покоя на 90% обеспечивается энергией за счет окислительных фабрик (преимущественно, окисления жиров).

Теперь представим себе, что я встал на беговую дорожку и с небольшой скоростью побежал. Потребность в энергии возросла, и для ее обеспечения мой организм активизирует работу всех энергетических фабрик. Однако он старается обойтись преимущественно аэробными фабриками как наиболее экономичными и обладающими большими сырьевыми запасами. Анаэробные фабрики организм будет активизировать, но лишь на время, которое нужно для «раскачки» аэробных фабрик. Затем, когда аэробные фабрики вышли на свои максимальные возможности, анаэробным фабрикам отдается команда снизить интенсивность своей работы до минимума. Напомню, что организм продолжает экономить запасы «мощной» энергии и старается не замусоривать клетки вредными веществами.

Сколько времени нужно аэробным фабрикам для «раскачки»? Вот тут-то мы и подошли к пресловутым «20 минутам, после которых начинает гореть жир». Во-первых, как мы уже говорили, жир и не переставал «гореть». Он окислялся все время, в том числе и тогда, когда мы спали. Во-вторых, скорость наращивания оборотов окислительных фабрик зависит от мощности выполняемой работы. Чем больше усилия мышц, тем быстрее активизируются окислительные фабрики. В спорте, при значительных нагрузках, максимальная мощность окислительных процессов достигается уже ко 2 – 3 минуте непрерывной работы мышц! Если же человек, скажем, побежал не так быстро, то окислительные фабрики набирают обороты медленнее. Очевидно, что ускорение окисления жиров будет зависеть от интенсивности движения. Чем с большей скоростью двигается человек, тем быстрее аэробные фабрики выйдут на свои предельные возможности, чем с меньшей – тем медленнее активизируется окисление. Так что забудьте про эти волшебные 20 минут. Может, при ваших окислительных способностях и вашей скорости бега аэробные процессы дойдут до своего максимума через 5 минут, а может, - через час.

Если же мы бежим очень быстро, и в организме возникают большие потребности в энергии (т.е. АТФ расходуется очень быстро), то маломощные аэробные фабрики уже не могут их удовлетворить полностью. И организм дает команду наращивать обороты анаэробным системам. Именно они, при преодолении значительных нагрузок, способны производить АТФ с той же скоростью, с которой он расходуется.

Но вот беда: КрФ быстро заканчивается, а анаэробная гликогеновая фабрика начинает так активно работать, что отравляет всю клетку. Лактат, до этого успевавший удалиться в кровь, теперь начинает скапливаться и нарушать её работу. Появляется усталость, ноги как ватные, в них чувствуется ощущение жжения. Помните, у Высоцкого: «… рванул, как на пятьсот, и спекся…». Кстати, накопление лактата нарушает и работу окислительных фабрик. Их работа замедляется, ухудшается окисление жира.

Таким образом, в организме не существуют какие-то переключатели, включающие или выключающие энергетические фабрики. Организм плавно регулирует работу каждой из них - в зависимости от своих потребностей и возможностей. Если есть возможность обойтись окислительными фабриками, он постарается обойтись преимущественно ими, сведя работу анаэробных к минимуму. Причем если глюкоза будет поступать в клетку из крови в достаточном количестве, из двух окислительных фабрик он постарается использовать преимущественно углеводную. Это, например, будет происходить после того, как человек поел и усвоил углеводную пищу. И чем легче будет усваиваться такая пища (т.н. «быстрые» углеводы), тем активнее будет идти окисление именно их. Жиры же будут приберегаться. Это будет происходить до того момента, пока в крови сохраняется значительное количество глюкозы.

И, наоборот, при снижении глюкозы в крови организм, стараясь сберечь внутримышечные запасы гликогена, постарается активизировать окисление жиров. Поэтому так эффективны занятия, направленные на использование жиров, проводящиеся после силовой тренировки или с утра, натощак, когда уровень глюкозы в крови низок. (Другой вопрос, полезно ли это? Ведь утренние тренировки могут быть достаточным стрессором и снижать защитные возможности организма. Но это тема отдельного разговора).

Здесь интересно обратить внимание на то, как организм регулирует работу аэробных фабрик – углеводной и жировой – ночью. При умеренном поступлении глюкозы в кровь он будет стараться использовать ее преимущественно для восстановления углеводных запасов мышечных, нервных и других клеток. Аэробный гликолиз будет минимизирован, организм постарается обойтись окислением жиров (благо, что потребности в энергии невелики). Однако если человек обильно поужинал перед сном, умяв изрядную порцию картофельного пюре, в его кровоток быстро поступает огромное количество глюкозы. И организм, понимая, что он без проблем сможет не только восстановить запасы гликогена, но сэкономить столь ценные для него жировые отложения, замедляет аэробную жировую фабрику и активизирует аэробную углеводную. Более того, выделившийся в ответ на избыток глюкозы инсулин запускает процесс запасания жира в жировых клетках. Поэтому- то и рекомендуется ужинать минимум за 2-3 часа до сна, выбирая из углеводов те, которые имеют самый низкий гликемический индекс (т.е. будут перевариваться медленно, понемногу выдавая глюкозу в кровь).

Давайте рассмотрим еще одно интересное явление. Если, допустим, углеводов в организме мало или они заканчиваются вовсе (например, при беге на марафонской дистанции, голодании или безуглеводной диете), жир из жировых депо начинает стремительно исчезать. Причем, не потому, что его стало больше "сжигаться» в окислительной фабрике мышц. Она при беге и так уже работает на полную катушку и не может окислять жир еще быстрее (помните, мы говорили, что это очень маломощная фабрика). Куда же он пропадает с жировых складов? Кто разворовывает столь ценные для организма запасы и для чего использует?

Об этом и о многом другом мы поговорим в следующей статье.

Продолжение следует.

Продолжим разговор о сжигании жира с вопроса, на котором мы остановились в предыдущем номере. А именно, куда начинает исчезать жир из жировых депо при исчерпании запасов углеводов в организме, учитывая тот факт, что в митохондриях клеток скорость его окисления увеличиться еще больше не может.

Здесь нужно вспомнить тот факт, что глюкоза – единственный источник энергии для нейронов центральной нервной системы. Организм не может позволить себе не обеспечивать нервную систему энергией даже в условиях вынужденного голода, но у него (организма) есть возможность преобразовывать в глюкозу самые разнообразные вещества: аминокислоты, молочную кислоту, глицерин, жирные кислоты. Процесс этот происходит в главной химической фабрике нашего организма – печени и называется глюконеогенез.

Так вот, именно в результате глюконеогенеза, у человека, в организме которого углеводы закончились, расходуется значительное количество собственных жировых запасов для образования глюкозы (в дополнение к тем, которые окисляются в митохондриях).

Но не спешите радоваться этому факту. Дело в том, что для того, чтобы ПОЛНОСТЬЮ исчерпать запасы углеводов в организме, нужно выполнять физическую работу в течение нескольких часов (например, пробежать марафонскую дистанцию). Конечно, можно пойти другим путем – прекратить прием углеводов вовсе (т.н. безуглеводные диеты). Но это чревато другой проблемой: активный глюконеогенез приводит к накоплению в организме кетоновых тел: ацетоуксусной, оксимасляной кислот и ацетона. Это в некоторой степени закисляет организм, что может быть небезопасным для здоровья человека. Поэтому в практике персонального тренинга категорически не рекомендуется рекомендовать клиентам любые несбалансированные по нутриентам рационы.

Энергетические субстраты — SportWiki энциклопедия

Энергетические субстраты[править]

Работа мышц требует постоянного поступления АТФ для поддержания цикла формирования поперечных связей. При этом миозин выступает в роли АТФазы и расщепляет АТФ на АДФ и неорганический фосфат (Ф). Мышцы имеют очень ограниченные резервы АТФ (этого запаса может хватить только на 4-6 с сократительной активности), но могут регенерировать АТФ за очень короткое время за счет присоединения фосфатной группы к АДФ.

Процесс быстрой регенерации АТФ в мышцах происходит при переносе фосфатной группы с креатинфосфата на АДФ с образованием АТФ и креатинина (такой способ ресинтеза АТФ называют анаэробно-алактатным энергообеспечением). Поскольку наличный запас креатинфосфата в мышечной клетке невелик (его хватает на 6-10 с интенсивной работы), для более длительного функционирования мышц необходим синтез нового АТФ в ходе анаэробного гликолиза (анаэробно-гликолитическое энергообеспечение), при котором 1 моль глюкозы расходуется на синтез 2 молей АТФ, либо в ходе окислительного фосфорилирования в митохондриях (аэробное энергообеспечение), при котором за счет окисления 1 моля глюкозы синтезируется 34 моля АТФ. Наряду с глюкозой в качестве источника энергии мышцы могут использовать триглицериды в процессе бета-окисления жирных кислот.

Регенерация аденозинтрифосфата из креатинфосфата[править]

Резервов креатинфосфата в мышцах достаточно для регенерации АТФ в течение не более 10 с. Продукт метаболизма креатина — креатинин — затем выводится в кровь и попадает в мочу. Суточная продукция креатинина зависит от мышечной массы, поэтому уровень креатинина в плазме у мужчин выше, чем у женщин. Плазменный уровень креатинина также сильно зависит от общей тренированности. В норме у нетренированных лиц он составляет 0,5-1,2 мг/дл для мужчин и 0,5-1 мг/дл для женщин. Из организма креатинин выводится почками, повышение его концентрации в плазме крови может говорить о нарушении функции почек, однако значительное повышение уровня креатинина наблюдают только при тяжелой почечной патологии.

"Внимание" Запомните: АТФ — энергетический субстрат мышечной ткани. Резервов АТФ в мышцах хватает только на 5-6 с, за счет резервов креатинфосфата регенерация АТФ возможна еще 10-20 с (анаэробно-алактатное энергообеспечение). АТФ синтезируется в процессе гликолиза (анаэробно-гликолитическое энергообеспечение), а также окислительного фосфорилирования (аэробное энергообеспечение).

Анаэробный синтез аденозинтрифосфата в процессе гликолиза[править]

При отсутствии или недостатке кислорода (анаэробные условия) мышца может регенерировать АТФ за счет процесса гликолиза. Такие условия возникают, как правило, в начале циклической мышечной работы (врабатывание), а также в том случае, если величина физической нагрузки больше, чем скорость образования энергии за счет аэробного энергетического процесса. При этом из глюкозы в цитоплазме мышечной клетки образуется метаболит пируват, а конечным продуктом является молочная кислота. Мышцы получают глюкозу из крови или за счет распада мышечного гликогена. Молекула глюкозы представляет собой 6-атомный спирт (т. е. каркас молекулы состоит из 6 атомов углерода). В процессе перегруппировки атомов и расщепления молекула глюкозы распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (пирувата), каждая из которых содержит по 3 атома углерода. Пируват представляет собой один из типичных субстратов для работы митохондрий, но если он не успевает туда проникнуть или в клетке наблюдается нехватка кислорода, то в этом случае из пирувата в цитоплазме клетки образуется молочная кислота, легко распадающаяся на анион лактата- и Н+. Выходящий в кровь по градиенту концентрации лактат обусловливает локальное закисление за счет повышения концентрации катионов водорода. В результате этих биохимических превращений из 1 моля глюкозы образуется 2 моля АТФ.

Мышечные волокна способны накапливать глюкозу в виде гликогена. Гликоген представляет собой сильно разветвленную молекулу, что обеспечивает быстрый доступ расщепляющих ферментов к фрагментам молекулы гликогена и быстрое высвобождение запасов глюкозы. Однако для длительной мышечной активности (> 20 мин) мышцы должны получать АТФ в ходе окисления липидов, т. к. запасы мышечного гликогена истощаются. Именно по этой причине считается, что для профилактики и борьбы с ожирением нужны длительные циклические нагрузки аэробного характера.

Аэробный синтез аденозинтрифосфата в процессе окислительного фосфорилирования[править]

Пути энергообеспечения мышечной ткани

При наличии кислорода пируват подвергается окислительному фосфорилированию в цикле трикарбоновых кислот до С02 и Н20. При этой реакции возможно синтезировать больше АТФ, чем при гликолизе — из 1 моля глюкозы образуется 34 моля АТФ, — однако этот процесс более медленный: скорость образования АТФ в аэробном процессе почти в 2 раза ниже, чем в процессе анаэробного гликолиза.

Важность наличия различных систем синтеза АТФ определяется различным временем регенерации АТФ (рис.). Так, на коротких дистанциях (60, 100 м) особую роль играет креатинфосфат, процессы анаэробного гликолиза достигают максимума через 30 с — 1 мин после начала нагрузки и сохраняют активность к концу средних дистанций (200, 400 м), а на длинных дистанциях наибольшее поступление АТФ обеспечивает окислительное фосфорилирование, которое достигает максимума через 1-3 мин. На время регенерации АТФ также оказывают влияние общая тренированность и питание.

Синтез аденозинтрифосфата в процессе β-окисления жирных кислот[править]

Другим источником получения энергии в мышцах является β-окисление жирных кислот. Свободные жирные кислоты поступают в мышцы из крови и накапливаются в них в виде триглицеридов. Триглицериды являются эфирами глицерина и трех жирных кислот различной длины.

По сравнению с очень малыми запасами гликогена в организме (около 500 г) запасы жира составляют 12 кг, однако выход АТФ из гликогена практически в 2 раза превышает эффективность окисления жирных кислот. Таким образом, последний вариант получения АТФ «выгоден», когда можно удовлетворить большие потребности в энергии и сохранить при этом «ценные» запасы гликогена. Сэкономленные запасы гликогена могут использоваться при дополнительном краткосрочном повышении нагрузки, например при промежуточном или конечном спурте при беге.

В ходе окисления жирных кислот для разрушения ненасыщенных двойных связей в цепи жирных кислот необходимо больше кислорода, однако это играет второстепенную роль в энергетическом балансе организма.

Энергетический обмен в мышцах[править]

Факторы, влияющие на энергетический обмен

С точки зрения физики энергия имеет такую же размерность, как работа, а работа — это сила, умноженная на расстояние. Количество работы, выполняемой за единицу времени, называют мощностью. Энергетический обмен (преобразование энергии в организме) — это мощность термодинамических процессов, поскольку он выражает выполненную работу (или потраченную энергию) за единицу времени. Основными проявлениями энергетического обмена в организме являются мышечная работа и выделяющееся тепло. Организм человека подчиняется закону сохранения энергии, в соответствии с которым количество поглощенной энергии (в различных формах) и образовавшейся энергии (главным образом в виде тепла и механической работы) равны. Сбалансированный процесс поглощения и отдачи энергии организмом называют энергетическим обменом. Измерение энергетического обмена играет большую роль для оценки объема физической нагрузки (например, при изучении физиологии спорта и труда). На энергетический обмен влияет множество факторов (рис.).

Энергетический обмен при физической нагрузке[править]

Энергетический обмен даже при минимальной физической нагрузке становится в 1,5-2 раза выше, чем в условиях покоя. Чем сильнее повышается энергетический обмен при выполнении физической нагрузки, тем короче то время, которое человек способен такую нагрузку выполнять. Максимальное увеличение скорости обменных процессов у человека может быть примерно 30-кратным (по сравнению с основным обменом), но время удержания такой нагрузки не превышает 6 с. Если скорость метаболических процессов увеличена в 10 раз по сравнению с основным обменом, то такую циклическую нагрузку нетренированный человек способен удерживать 3-4 мин, а спортсмен, тренированный на выносливость, — до 6 мин. Считается, что именно в таком режиме реализуются максимальные аэробные возможности человека.

"Внимание" Запомните: Энергетический обмен (основной обмен, обмен при физической нагрузке) определяют с помощью непрямой калориметрии по объему потребления кислорода.

sportwiki.to