Blog. NUCLEUS
о спорте_разное

Энергообразование в мышцах

Чтобы правильно тренироваться и достигать своих целей наиболее эффективным способом, важно понимать, как вырабатывается энергия в организме, какие мышечные волокна и при каких обстоятельствах эту энергию используют. Зная и понимая эти механизмы, вы сможете более грамотно подобрать и распределить физическую нагрузку, проложить наиболее короткий путь к своей цели.
Ниже мы рассмотрим вопрос, из каких именно веществ наш организм извлекает энергию, что такое анаэробное и аэробное энергообразование.

Энергоносители


Для выполнения любой работы мышцам необходима энергия. Мышечными энергоносителями являются:
1.фосфатные соединения: аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
2.углеводы: глюкоза и гликоген
3.жиры в виде жирных кислот

Также энергоносителем могут выступать и белки в виде аминокислот, но они в этом качестве используются только в крайних случаях (предельные продолжительные нагрузки, голодание). Наша же задача, наоборот, сохранить свои белки в целости и сохранности и использовать их по назначению, то есть для роста и увеличения мышц.

Где в организме хранятся энергоносители?
Запасы аденозинтрифосфата (АТФ), креатинфосфата (КФ), гликогена и жиров накапливаются непосредственно в самой мышечной клетке. Кроме того, гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке.
Запасы АТФ и КФ в мышцах настолько малы и ничтожны, и, в лучшем случае, составляют всего несколько килокалорий. Таких запасов хватит всего-навсего на несколько секунд интенсивной работы.
Другое дело гликоген и жиры. Энергетические резервы, хранящиеся в организме в виде гликогена, составляют у тренированного человека до 750 грамм (3100 ккал), в то время как у нетренированного — в среднем более чем на треть меньше — 450 грамм (1800 ккал). Большая часть гликогена запасается в мышцах и представляет из себя энергорезерв быстро включающийся в энергообразование (так как мышечный гликоген не надо транспортировать к мышечной клетке с помощью кровотока, а затем проводить через оболочку клетки — ведь он уже итак в ней припасен). Интересен следующий факт: мышечные волокна легко и с удовольствием принимают приносимую кровотоком глюкозу, и накапливают ее в виде гликогена, но очень неохотно отдают его для потребления другими интенсивно работающими мышцами.
Запасы гликогена в печени составляют около 150 грамм (620 ккал). Гликоген печени только частично может быть использован для обеспечения работы мышц. Дело в том, что нужно еще обеспечивать работу мозга и нервной системы, которым тоже нужно питание. Поэтому всевозможные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению «печеночного» гликогена мышцами и поддерживают постоянный уровень сахара в крови (80−90 мг глюкозы на 100 мл крови).
Итак, истратив свой гликоген, и позаимствовав немного гликогена у печени, наши интенсивно работающие на тренировке мышцы все еще нуждаются в источнике энергии. Тут дело доходит и до жиров.
Запасы жиров в организме огромны: от 30 000 до 100 000 ккал и сосредоточены они в подкожной жировой клетчатке (особенно на животе, и на бедрах у женщин). Запасы жира в мышцах (в виде капель триглицерида) не велики — около 200 грамм (1900 ккал). Жиры хороши для продолжительной мышечной работы небольшой интенсивности.

Химические реакции


Непосредственным источником энергии для мышечных волокон всегда является АТФ. В чистом виде запасы АТФ в мышцах очень малы и хватает их всего лишь на пару секунд интенсивной работы. Так откуда же потом берется АТФ? Синтезируется из жиров, углеводов и других энергоносителей. Процесс расхода и синтеза АТФ происходит в организме постоянно. По некоторым данным каждые сутки образуется и разрушается количество АТФ равное массе тела.

Как происходит процесс?
Чтобы получить энергию аденозинтрифосфат (АТФ) расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При этом выделяется энергия, которая и используется для сокращения мышечных волокон:
АТФ=АДФ+Ф+Энергия
Запасы АТФ в мышцах крайне малы, поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза АТФ:
АДФ+Ф+Энергия=АТФ
Эта обратная реакция называется фосфорилированием. Для осуществления этой реакции, как мы видим, нужна энергия. Где же ее взять?
Вот тут и потребуются рассмотренные ранее вещества-энергоносители, при расщеплении которых мы получим необходимую для синтеза АТФ энергию. Если в получении этой энергии участвует кислород, то такое энергообразование называется аэробным, если образование энергии проходит без участия кислорода, то это анаэробное энергообразование. С помощью каких энергоносителей будет осуществляться восстановление АТФ, зависит от количества энергии, требуемой в единицу времени.

Анаэробное энергообразование


Анаэробное энергообразование присутствует во время самых первых движений при любой активности, а также тогда, когда аэробные источники энергии не могут удовлетворить потребности организма в энергии. Анаэробное энергообразование осуществляется без участия кислорода и подразделяется на анаэробное алактатное и анаэробное лактатное.
Анаэробное алактатное (фосфатное) энергообразование осуществляется с помощью креатинфосфата (КФ), который запасается в небольшом количестве в мышцах, и собственно там же содержащихся запасов АТФ.
Химические реакции, проходящие с участием КФ и АТФ, способны дать работающим мышцам огромное количество энергии, но в течение весьма непродолжительного времени, потому что запас этих соединений в организме ограничен (запасов КФ в мышцах всего в 3−4 раза больше, чем АТФ). Именно эти химические реакции оказывают максимальный вклад в обеспечение энергией движений в тяжелой атлетике, спринте в беге и плавании. Итак, запаса КФ и АТФ хватает лишь на 7−12 секунд предельно интенсивной работы, ну, или же на 15−30 секунд просто интенсивного сокращения мышц. В течение этого времени организмом не накапливается молочная кислота, поэтому такое энергообразование называется анаэробным алактатным. Но нам необходимо двигаться дальше, и организм для получения энергии переключается на менее эффективный энергоноситель — гликоген, запасы которого в организме гораздо более значительны, нежели запасы креатинфосфата.
Анаэробное лактатное (гликолитическое) энергообразование, в свою очередь, обеспечивается с помощью гликогена, запасаемого организмом в мышцах и печени. В процессе гликолиза гликоген, содержащийся в мышце, расщепляется до молочной кислоты (лактата). При этом образуются АТФ и КФ. Анаэробные лактатные источники энергии не так мощны, как анаэробные алактатные, но зато действуют они в течение более продолжительного времени. Интенсивность нагрузки приходится снижать, так как для более мощных и быстрых движений энергии просто не хватит. Анаэробные лактатные источники являются главными в энергообеспечении нагрузок в беге и плавании на средние дистанции.
На самом деле анаэробное расщепление гликогена «стартует» практически с самого начала физической нагрузки, так как организм, не зная какая работа его ждет, старается активировать все свои энергетические системы, чтобы потом не допустить перерывов в работе. Когда заканчиваются запасы КФ и АТФ в мышцах, то есть секунд через 15−20, анаэробная лактатная система выходит на максимальную интенсивность.
Казалось бы, запасы гликогена в мышцах достаточно велики, и анаэробное лактатное энергообеспечение может очень долго снабжать мышцы энергией. Но по факту действия этой системы длится 2−3 минуты очень интенсивной работы. В чем же подвох? Все дело в той самой, образующейся при гликолизе, молочной кислоте (лактате). При продолжительных интенсивных нагрузках количество образовавшейся молочной кислоты превышает порог ее возможного усвоения и утилизации другими мышцами и буферными системами крови, что, в конечном счете, приводит к уменьшению синтеза АТФ и снижению работоспособности. В такой ситуации выхода два: либо передохнуть (до тех пор, пока из мышц не выйдут излишки лактата), либо еще больше снизить интенсивность нагрузки, чтобы запустить аэробную систему энергообразования.

Аэробное энергообразование


Аэробное энергообразование (от аэро — воздух) осуществляется с участием кислорода, т.е. происходит реакция окисления кислородом углеводов (в виде гликогена) и жиров (в виде жирных кислот). При этом в процессе реакции наряду с энергией выделяются вода и углекислый газ. Один моль глюкозы (при разложении мышечного гликогена) поставляет 39 молей АТФ, а один моль жирных кислот — втрое больше. Запасы гликогена содержатся в основном в мышцах, и в меньшей степени в печени. Жиры могут накапливаться в мышечных волокнах в виде маленьких капелек (капли триглицерида) или транспортироваться кровотоком к работающей мышце из подкожной жировой клетчатки в виде жирных кислот.
Как и другие системы получения энергии для синтеза АТФ, аэробная система запускается сразу в момент начала физических нагрузок, но наращивает обороты очень медленно, выходя на свою максимальную мощность через 2−3 минуты интенсивной нагрузки. Вначале преобладает распад гликогена, и только потом, минут через 20−30 начинает преобладать распад жирных кислот.
Эффективность аэробных процессов напрямую зависит от поступления кислорода, а его поступление в свою очередь в основном зависит от работы сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Чем больше сердце и легкие могут поставить работающим мышцам кислорода, тем больше энергии можно произвести аэробным способом.
Как написано выше, при одинаковом по весу расходе гликогена и жирных кислот, из жиров получается почти в три раза больше энергии. Но для окисления жирных кислот кислорода требуется больше (по некоторым данным на 12%), чем для расщепления гликогена.
Получается такая закономерность: чем интенсивнее нагрузка, тем больше требуется кислорода для обеспечения реакций расщепления, и тем больше преобладает расход гликогена по сравнению с расходом жирных кислот (при нарастающем дефиците кислорода, организм просто не может себе позволить расщеплять жирные кислоты). Поэтому организм начинает расщеплять в основном жиры только тогда, когда запасы гликогена подходят к концу, или же когда кислорода предостаточно, т.е. при малоинтенсивных нагрузках.
Регулярные аэробные тренировки позволяют увеличить число митохондрий в мышцах, в результате чего мышцы способны принимать больше кислорода. Поэтому при одинаковой мощности аэробной работы, более тренированный человек будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с менее подготовленным человеком.
Эффективность аэробного энергообеспечения за счёт жировых запасов зависит также от скорости протекания процесса расщепления жиров на составляющие их жирные кислоты (этот процесс называется липолизом) и от скорости кровотока в жировой ткани. Максимальный кровоток в жировой ткани обеспечивает работа, выполняемая с интенсивностью 60−70% от максимальной частоты сердечных сокращений.
Мощность, образуемая при аэробном энергообразовании, гораздо меньше мощности, получаемой анаэробным процессом. Но с помощью аэробных источников энергии можно проплыть или пробежать намного дольше: ведь резервы жиров в организме весьма велики. Аэробные пути энергообеспечения являются превалирующими в беге и плавании на длинные дистанции, спортивной ходьбе, лыжах и в велоспорте. Следует помнить, что при продолжительных аэробных нагрузках свыше 90 минут, собственных запасов гликогена организму для продолжения работы часто не хватает. Поэтому эти резервы нужно восполнять напитками с богатым содержанием глюкозы и минеральных веществ.
Необходимо сказать, что процесс протекания энергообразования в мышцах проходит с разной степенью легкости и «качества» у каждого конкретного индивида.
На этот процесс влияют такие факторы, как общее состояние здоровья, показатели легких и сердечно-сосудистой системы, общая тренированность человека, тип его физической конституции и особенности строения его мышц и опорно-двигательного аппарата. Конечно, влияние это распространяется в обе стороны. Все вышеупомянутые значения оказывают, в большей или меньшей степени, влияние на процесс энергообразования.