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 6-8 с 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 6-8 с — 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 3-5 мин 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-синтез АТФ. 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.
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 счет энерго отдающих 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:
- анаэробной алактатной
- анаэробной лактатной (гликолитической)
- 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.
Рис. 1. Последовательность и количественные соотношения процессов энергообеспечения мышечной деятельности у квалифицированных спортсменов в различных энергетических системах (схема): 1 – алактатной; 2 – лактатной; 3 – аэробной.
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.
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.
Аэробно-анаэробная (смешанная) зона.
Способ обеспечения энергией — совместный аэробно-анаэробный. Помимо аэробного окисления, которое поставляет основное количество АТФ, активизируется гликолиз. Выполнение двигательных задач происходит за счёт совместной работы ММВ и БМВ типа А, и в меньшей степени БМВ типа Б. БМВ типа Б подключаются к работе около верхней границы зоны, где потребление кислорода примерно соответствует МПК. Так как БВМ типа Б не способны окислять лактат, то его концентрация в мышцах и, как следствие, в крови повышается, что приводит к интенсификации лёгочной вентиляции и формированию кислородного долга. На данном этапе выполнения упражнения наступает порог анаэробного обмена (ПАНО), обозначающий переход обеспечения энергией на преимущественно анаэробные реакции.
ЧСС ДО 180?185 уд/мин. Лактат в крови до 10 ммоль/литр, потребление кислорода — 80?100 % МПК. Субстрат — преимущественно гликоген и глюкоза. В результате тренировок в этой зоне развивается специальная и силовая выносливость в смешанных режимах. Это актуально для развития комплексных форм выносливости для различных видов спорта — игровых и прикладных. Систематические тренировочные занятия в данной зоне способны также по современным представлениям менять соотношение БМВ типа А и типа Б в мышечной системе тренирующегося. Это происходит за счёт механизмов биохимической (изменение ферментной базы) и нейральной адаптации.
Методы тренировок — непрерывные циклические (разной интенсивности) и интервальные. В зависимости от продолжительности выполнения одного упражнения в данной зоне могут наступать изменения как в количестве миофибрилл (при продолжительной работе “до отказа”), так и в массе митохондрии (в случае работы до лёгкого утомления). Время выполнения упражнений в зависимости от направленности тренировочного процесса определяется двумя подгруппами этой зоны: аэробно-анаэробная смешанная зона подтип 1 — от 10 минут до получаса (на окислительных и смешанных типах энергообеспечения) и аэробно-анаэробная зона подтип 2 — от 30 минут до двух часов (в основном окислительный ресинтез). {banner_st-d-2}
Окислительная система
Окислительная система отвечает за обеспечение организма энергией при занятиях, требующих выносливости.
Принцип работы окислительной системы следующий: кислород получаемый при вдохе из легких попадает в кровь. Сердце по артериям перекачивает обогащенную им кровь к тканям. Гемоглобин — белок, содержащий железо, — поставляет кислород в клетки, что позволяет осуществлять процесс выработки энергии. Доставляет кислород преимущественно в мышечные клетки еще один железосодержащий белок — миоглобин. Внутри клеток углеводы и жир преобразуются в энергию.
Энергетические системы организма поддаются улучшению при грамотных тренировках и режиме питании. И как итог мы получим обмен веществ, сжигающий жир и наращивающий мышцы.
Источник
Аэробное энергообразование
Аэробное энергообразованиеокисления
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… 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 на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, а также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров.
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.
Подведем итоги:
| Система энерго-образования | Подвид системы энерго-образования | Источники энергии | Скорость образования АТФ | Объем производства АТФ | Когда используется | Дистанции в плавании |
| Анаэробная | Анаэробная алактатная | Креатинфосфат, АТФ | Очень высокая | Малый, так как ограничен малым количеством АТФ и креатинфосфата в мышцах | При очень интенсивной кратковременной работе продолжительностью до 7-12 секунд | Быстрое плавания с полной отдачей в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров |
| Анаэробная лактатная | Гликоген мышц и печени, глюкоза крови | Высокая | Ограниченный, так как накопления лактата в мышцах приводит к утомлению | При нагрузке высокой интенсивности и малой продолжительности (1-3 минуты) | Главные источники в плавании на 100 и 200 метров, а также вносят заметный вклад в энергообеспечение на дистанции в 400 метров. | |
| Аэробная | Аэробный гликолиз | Гликоген мышц и печени, глюкоза крови | Медленная | Ограничивается запасами гликогена. | При аэробных нагрузках средней интенсивности продолжительностью более 3 минут | Главные источники на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров |
| Аэробное окисление жирных кислот | Жирные кислоты | Медленная | Неограниченный. Но сжигание жира требует большего количества кислорода по сравнению с окислением углеводов. | При аэробных нагрузках низкой и средней интенсивности продолжительностью более 20 минут |
Строение мышц и типы мышечных волоконКаталог статей раздела ТРЕНИРОВКА
Фосфагенная система
Фосфагенная система ресинтезирует АТФ с помощью макроэргического соединения «креатинфосфат»(КФ). При опустошении запасов АТФ, их необходимо восстановить за счет пищи и кислорода. Во время короткой, взрывной нагрузки (работа с отягощениями, спринтерский забег) мышцы истощают весь запас кислорода.
Сразу же в работу включается КФ — становящийся на короткий промежуток времени источником энергии. КФ помогает восстановить запасы АТФ. Любая взрывная работа от 3-15 секунд истощает запасы АТФ и КФ в мышцах, после чего их нужно восстановить, с чем справляются другие энергетические системы.
Энергоносители
Мышечными энергоносителями являются
- фосфатные соединения: аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
- углеводы: глюкоза и гликоген
- жиры в виде жирных кислот
белки в виде аминокислот
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 – 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 30000 до 100000 ккал и сосредоточены они в подкожной жировой клетчатке (особенно на животе, и на бедрах у дам). 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
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:
Запасы АТФ в мышцах крайне малы, поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза 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.
3.1. 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 скоростью, как и расщепляется. Восстановление АТФ может осуществляться двумя путями – анаэробным (в ходе реакции без кислорода) и аэробным (с различным уровнем потребления кислорода) с участием специального энергетического вещества креатинфосфата. Готового для ресинтеза АТФ креатинфосфата хватает только на 10-15 секунд мощной работы. В таких условиях ресинтез АТФ идёт при остром дефиците кислорода (например, вот почему невозможно в спринтерском темпе пробежать 800 м). Мышечная работа очень высокой интенсивности осуществляется в анаэробном режиме, когда ресинтез АТФ совершается при остром дефиците кислорода. В этом случае организм добывает для работы 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 минут, т.е. креатинфофатный механизм и гликолиз дают энергии совсем немного.
При высокой функциональной напряжённости в мышцах уменьшается содержание энергонасыщенных углеводов (гликогена и фосфорных – креатинфосфата), в крови снижается уровень глюкозы, в печени – гликогена. Если нагрузка продолжительная, то источник энергии восполняется за счёт повышения интенсивности освобождения жирных кислот из жировой ткани и их окисления в мышцах.
Аэробный механизм (когда запросы организма в кислороде полностью удовлетворяются) окисления питательных веществ с образованием креатинфосфата и ресинтеза 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 ресинтезу АТФ проходят в митохондриях. В обычных условиях работает часть митохондрий, но по мере увеличения потребности мышц в энергии в процессе ресинтеза макроэнергетических соединений включается всё больше «подстанций».
Способность человека к ресинтезу 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. Такой процесс повышает возможность использования кислорода в окислительных процессах и окисления жиров в большом количестве.
Важную роль в поддержании уровня кислорода в мышечных волокнах (особенно в красных – медленных) играет белок миоглобин, который содержит железо и по строению и функциям близок к гемоглобину.
У тюленей массой 70 кг с миоглобином связано 2530 мл кислорода, что позволяет ему находиться под водой до 14 минут. У человека с той же массой с миоглобином связано 335 мл кислорода.
При выполнении физической нагрузки организму необходимо обеспечить работающие мышцы достаточным количеством кислорода для поддержания высокого уровня окислительных процессов, поставляющих энергию. Другими словами, нужно перестроить работу кардиореспираторной системы на режим увеличения вентиляции лёгких и возрастания объёмной скорости кровотока, прежде всего, в работающих органах (скелетных мышцах, сердце и др.) для оптимального удовлетворения их энергетических потребностей. Так, у тренированных лиц приспособление сердца к нагрузке происходит в большей степени за счёт повышения ударного объёма и в меньшей – за счёт увеличения частоты сердечных сокращений (ЧСС).
Источник
Лактатная система ресинтеза АТФ
Прсле определенного уровня интенсивности работы организм переходит на бескислородное (анаэробное) энергообеспечение, где источник энергии — исключительно углеводы. Интенсивность мышечной работы резко снижается из-за накопления молочной кислоты (лактата).
Ресинтез АТФ идет за счет лактатного механизма:
- несколько минут в начале любого упражнения пока легкие, сердце и системы транспорта кислорода не приспособятся к потребностям нагрузки;
- при беге на 100, 200, 400 и 800 м, а также во время любой другой интенсивной работы, длящейся 2-3 мин;
- в беге на 1500 м вклад аэробного и анаэробного энергообеспечения — 50/50;
- при кратковременном увеличении интенсивности работы — при рывках, преодолении подъемов, во время финишного броска, например, на финише марафона или велогонки.
Лактат может быть в 20 раз выше нормы. Максимальная концентрация молочной кислоты достигается в беге на 400 м. С увеличением дистанции концентрация лактата снижается (График 2).
Отрицательные эффекты высокого лактата
- Мышечная усталость. Если начать длительный бег в высоком темпе или рано приступить к финишному рывку, мышечная усталость, вслед за ростом концентрации лактата, не даст спортсмену выиграть гонку.
- Ацидоз (закисление) мышечных клеток и межклеточного пространства. Может потребоваться несколько дней, чтобы ферменты снова нормально функционировали и аэробные возможности полностью восстановились. Частое повторение интенсивных нагрузок (без достаточного восстановления) приводит к перетренированности.
- Повреждение мышечных клеток. После напряженной тренировки в крови повышается уровень мочевины, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и аланинаминотрансферазы (АлАТ). Это указывает на повреждение клеток. Чтобы показатели крови снова пришли в норму требуется от 24 до 96 ч. В это время тренировки должны быть легкими — восстановительными.
- Нарушение мышечного сокращения влияет на координацию. Тренировки на технику не следует проводить если лактат выше 6-8 ммоль/л.
- Микроразрывы. Незначительные повреждения мышц могут стать причиной травмы при недостаточном восстановление.
- Замедляется образование КрФ. Лучше не допускать высоких показателей лактата во время спринтерских тренировок.
- Снижается утилизация жира. При истощение запасов гликогена энергообеспечение окажется под угрозой, поскольку организм будет не способен использовать жир.
На нейтрализацию половины накопившейся молочной кислоты требуется около 25 минут; за 1 час 15 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Активное восстановление («заминка») очень быстро снижает лактат. В восстановительной фазе лучше выполнять непрерывную, а не интервальную работу (График 3).
Креатинфосфат
Читатель, ты делал сегодня физзарядку? Пожалуйста сделай!
Скажем, бегун рванул со старта стометровки. Это какие-то секунды работы. Но чтобы обеспечить эти секунды мощной работы, необходимо восстановление (или, как говорят, ресинтез АТФ). Причем этот ресинтез, это энергообеспечение мышечной деятельности происходит при отсутствии кислорода (в т.н. анаэробном режиме) – ведь «транспортная система» просто-напросто не успела еще доставить его к работающим мышцам. За счет чего он происходит?
Оказывается, за счет специального энергетического вещества креатинфосфата, химическая формула которого приведена ниже. Беда в одном – его очень мало, хватает на 10 – 15 секунд мощной мышечной деятельности. Собственно, здесь и ответ на вопрос, почему нельзя в спринтерском темпе пробежать, скажем, два километра.
Креатинфосфата – вещество, за счет которого происходит синтез АТФ
Повторим, эта работа – тоже очень высокой интенсивности – происходит в так называемом анаэробном режиме, когда тот самый ресинтез АТФ идет при условии острого дефицита кислорода.
