Šta tjera osobu da se kreće? Šta je razmjena energije? Odakle dolazi energija tijela? Koliko će to trajati? Pri kojem fizičkom opterećenju, koja se energija troši? Mnogo je pitanja, kao što vidite. Ali najviše od svega se pojavljuju kada počnete proučavati ovu temu. Pokušaću da olakšam život najradoznalijima i uštedim vreme. Idi…

Energetski metabolizam - skup reakcija cijepanja organskih tvari, praćenih oslobađanjem energije.

Da bi omogućio kretanje (aktinski i miozinski filamenti u mišićima), mišiću je potreban adenozin trifosfat (ATP). Kada se hemijske veze između fosfata razbiju, oslobađa se energija koju koristi ćelija. U ovom slučaju, ATP prelazi u stanje sa nižom energijom u adenozin difosfatu (ADP) i neorganskom fosforu (P)

Ako mišić radi, tada se ATP konstantno cijepa na ADP i neorganski fosfor, pri čemu se oslobađa energija (oko 40-60 kJ/mol). Za dugotrajan rad potrebno je obnoviti ATP brzinom kojom ovu tvar koristi stanica.

Izvori energije koji se koriste za kratkoročni, kratkotrajni i dugotrajni rad su različiti. Energija se može generirati i anaerobno (bez kisika) i aerobno (oksidativno). Koje kvalitete razvija sportista kada trenira u aerobnoj ili anaerobnoj zoni, napisao sam u članku „“.

Postoje tri energetska sistema koji obezbeđuju fizički rad osobe:

1. Alktat ili fosfageni (anaerobni). Povezuje se s procesima resinteze ATP-a uglavnom zbog visokoenergetskog jedinjenja fosfata - kreatin fosfata (CrP).
2. Glikolitički (anaerobni). Osigurava resintezu ATP-a i CRF-a zbog reakcija anaerobne razgradnje glikogena i/ili glukoze do mliječne kiseline (laktata).
3. Aerobni (oksidativni). Sposobnost obavljanja posla zbog oksidacije ugljikohidrata, masti, bjelančevina uz povećanje isporuke i iskorištavanja kisika u radnim mišićima.

Izvori energije za kratkotrajni rad.

Energiju koja je brzo dostupna mišićima obezbeđuje molekul ATP (Adenozin trifosfat). Ova energija je dovoljna za 1-3 sekunde. Ovaj izvor se koristi za trenutni rad, maksimalni napor.

ATP + H2O ⇒ ADP + F + energija

U tijelu, ATP je jedna od supstanci koje se najčešće ažuriraju; Dakle, kod ljudi je životni vek jednog ATP molekula manji od 1 minute. Tokom dana jedan molekul ATP-a prođe u prosjeku 2000-3000 ciklusa resinteze (ljudsko tijelo sintetiše oko 40 kg ATP-a dnevno, ali ga u svakom trenutku sadrži oko 250 g), odnosno praktično nema rezerve ATP-a. u tijelu, a za normalan život potrebno je stalno sintetizirati nove molekule ATP-a.

Dopunjava se ATP-om zahvaljujući CRP-u (kreatin fosfatu), ovo je drugi molekul fosfata, koji ima visoku energiju u mišićima. CrF donira molekul fosfata molekulu ADP za stvaranje ATP-a, čime se osigurava sposobnost mišića da radi određeno vrijeme.

izgleda ovako:

ADP+ CrF ⇒ ATP + Cr

Zaliha KrF traje do 9 sekundi. rad. U ovom slučaju, vršna snaga pada na 5-6 sekundi. Profesionalni sprinteri pokušavaju još više povećati ovaj rezervoar (CrF rezervu) treningom do 15 sekundi.

I u prvom i u drugom slučaju, proces stvaranja ATP-a odvija se u anaerobnom načinu, bez sudjelovanja kisika. Resinteza ATP-a zbog CRF-a se izvodi gotovo trenutno. Ovaj sistem ima najveću snagu u poređenju sa glikolitičkim i aerobnim i obezbeđuje rad "eksplozivne" prirode sa maksimalnim kontrakcijama mišića u smislu snage i brzine. Ovako izgleda energetski metabolizam tokom kratkotrajnog rada, drugim rečima, tako funkcioniše sistem snabdevanja alaktičkom energijom organizma.

Izvori energije za kratke periode rada.

Odakle dolazi energija za tijelo tokom kratkog rada? U ovom slučaju izvor je životinjski ugljikohidrat, koji se nalazi u mišićima i ljudskoj jetri - glikogen. Proces kojim glikogen potiče resintezu ATP-a i oslobađanje energije naziva se Anaerobna glikoliza(Sistem za snabdevanje glikolitičkom energijom).

glikoliza- Ovo je proces oksidacije glukoze, u kojem se iz jednog molekula glukoze formiraju dva molekula pirogrožđane kiseline (Pyruvate). Dalji metabolizam pirogrožđane kiseline moguć je na dva načina - aerobni i anaerobni.

Tokom aerobnog rada pirogrožđana kiselina (piruvat) je uključena u metabolizam i mnoge biohemijske reakcije u tijelu. Pretvara se u acetil-koenzim A, koji je uključen u Krebsov ciklus osiguravajući disanje u ćeliji. Kod eukariota (ćelije živih organizama koje sadrže jezgro, odnosno u ljudskim i životinjskim ćelijama), Krebsov ciklus se odvija unutar mitohondrija (MX, ovo je energetska stanica ćelije).

Krebsov ciklus(ciklus trikarboksilne kiseline) - ključni korak u disanju svih ćelija pomoću kiseonika, centar je raskrsnice mnogih metaboličkih puteva u telu. Osim energetske uloge, Krebsov ciklus ima značajnu plastičnu funkciju. Učestvujući u biohemijskim procesima, pomaže u sintetizaciji važnih ćelijskih spojeva kao što su aminokiseline, ugljikohidrati, masne kiseline itd.

Ako kiseonik nije dovoljan, odnosno rad se odvija u anaerobnom režimu, tada se pirogrožđana kiselina u tijelu podvrgava anaerobnom cijepanju uz stvaranje mliječne kiseline (laktata)

Glikolitički anaerobni sistem karakteriše velika snaga. Ovaj proces počinje gotovo od samog početka rada i dostiže snagu za 15-20 sekundi. rad maksimalnog intenziteta, a ova snaga se ne može održavati duže od 3 - 6 minuta. Za početnike, koji tek počinju da se bave sportom, snaga je jedva dovoljna za 1 minut.

Energetski supstrati za snabdijevanje mišića energijom su ugljikohidrati - glikogen i glukoza. Ukupna zaliha glikogena u ljudskom tijelu za 1-1,5 sati rada.

Kao što je već spomenuto, kao rezultat velike snage i trajanja glikolitičkog anaerobnog rada, u mišićima se stvara značajna količina laktata (mliječne kiseline).

Glikogen ⇒ ATP + mliječna kiselina

Laktat iz mišića prodire u krv i vezuje se za puferske sisteme krvi kako bi očuvao unutrašnju sredinu tijela. Ako nivo laktata u krvi poraste, tada puferski sistemi u nekom trenutku možda neće moći da se izbore, što će uzrokovati pomak kiselinsko-bazne ravnoteže na kiselu stranu. Zakiseljavanjem krv postaje gusta i stanice tijela ne mogu dobiti potreban kisik i ishranu. Kao rezultat, to uzrokuje inhibiciju ključnih enzima anaerobne glikolize, sve do potpune inhibicije njihove aktivnosti. Smanjuje se brzina same glikolize, alaktički anaerobni proces i snaga rada.

Trajanje rada u anaerobnom režimu zavisi od nivoa koncentracije laktata u krvi i stepena otpornosti mišića i krvi na promene kiseline.

Puferski kapacitet krvi je sposobnost krvi da neutralizira laktat. Što je osoba obučenija, to ima više tampon kapaciteta.

Izvori energije za kontinuirani rad.

Izvori energije za ljudski organizam tokom dužeg aerobnog rada, neophodnih za stvaranje ATP-a, su mišićni glikogen, glukoza u krvi, masne kiseline, intramuskularne masti. Ovaj proces je pokrenut dugotrajnim aerobnim radom. Na primjer, sagorijevanje masti (oksidacija masti) kod trkača početnika počinje nakon 40 minuta trčanja u 2. zoni otkucaja srca (ZZ). Kod sportista proces oksidacije počinje već nakon 15-20 minuta trčanja. Masti u ljudskom tijelu dovoljne su za 10-12 sati kontinuiranog aerobnog rada.

Kada su izloženi kisiku, molekule glikogena, glukoze, masti se razgrađuju, sintetizirajući ATP uz oslobađanje ugljičnog dioksida i vode. Većina reakcija se dešava u mitohondrijima ćelije.

Glikogen + kisik ⇒ ATP + ugljični dioksid + voda

Formiranje ATP-a ovim mehanizmom je sporije nego uz pomoć izvora energije koji se koriste u kratkotrajnom i kratkotrajnom radu. Potrebno je 2 do 4 minute prije nego što se potreba ćelije za ATP-om u potpunosti zadovolji aerobnim procesom o kojem se govori. Ovo kašnjenje je zato što je potrebno vrijeme da srce počne povećavati opskrbu mišića krvlju bogatom kisikom brzinom koja je potrebna da zadovolji potrebe mišića za ATP.

Masti + kisik ⇒ ATP + ugljični dioksid + voda

Tjelesna tvornica oksidacije masti je energetski najintenzivnija. Od oksidacije ugljikohidrata iz 1 molekule glukoze nastaje 38 ATP molekula. A sa oksidacijom 1 molekula masti - 130 molekula ATP-a. Ali to se dešava mnogo sporije. Osim toga, za proizvodnju ATP-a oksidacijom masti potrebno je više kisika nego za oksidaciju ugljikohidrata. Još jedna karakteristika oksidativne, aerobne fabrike je da ona postepeno dobija na zamahu, kako se povećava isporuka kiseonika i povećava koncentracija masnih kiselina koje se oslobađaju iz masnog tkiva u krvi.

Možete pronaći još korisnih informacija i članaka.

Ako zamislimo sve sisteme za proizvodnju energije (energetski metabolizam) u tijelu u obliku rezervoara za gorivo, onda će izgledati ovako:

1. Najmanji rezervoar je kreatin fosfat (kao 98 benzin). On je, takoreći, bliži mišiću i brzo počinje da radi. Ovaj "benzin" je dovoljan za 9 sekundi. rad.
2. Srednji rezervoar - Glikogen (92 benzin). Ovaj rezervoar se nalazi malo dalje u karoseriji i gorivo iz njega dolazi od 15-30 sekundi fizičkog rada. Ovo gorivo je dovoljno za 1-1,5 sati rada.
3. Veliki rezervoar - Mast (dizel gorivo). Ovaj rezervoar je daleko i biće potrebno 3-6 minuta pre nego što gorivo počne da teče iz njega. Zalihe masti u ljudskom tijelu za 10-12 sati intenzivnog, aerobnog rada.

Nisam sve ovo smislio sam, već sam uzeo izvode iz knjiga, literature, internet izvora i pokušao da vam to sažeto prenesem. Ako imate pitanja - pišite.

Razmotrite energetski sistem tijela detaljnije.

Američki naučnik Albert Szent-Györgyi napisao je da je život kontinuirani proces apsorpcije, transformacije i kretanja energije različitih vrsta i različitih vrijednosti.

Ovaj proces je najdirektnije povezan sa električnim svojstvima žive materije, tačnije sa njenom električnom provodljivošću.

Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica. Nosioci električnih naboja mogu biti elektroni, ioni i rupe (u poluvodičima). Poluprovodnike takođe karakteriše provodljivost nečistoća. Kada se atom nekog drugog elementa doda poluvodičkom kristalu, njegova provodljivost se povećava. Svojstva poluprovodnika su veoma interesantna. Vrlo su osjetljivi na djelovanje svjetlosti, topline, zračenja itd. Ako, na primjer, svjetlost padne na poluvodič, tada se njegova vodljivost naglo povećava, jer. elektroni iz valentnog pojasa se „odvajaju“ od jezgra atoma i obezbeđuju elektronsku provodljivost. Živa materija je veoma slična poluprovodniku. Međutim, postoji vrlo fundamentalna razlika. U živim makromolekulama energija vezivanja je samo nekoliko elektron volti, dok je energija veze u rastvorima ili tečnim kristalima oko 20-30 eV. Ovo svojstvo je vrlo važno, jer omogućava visoku osjetljivost. Kondukciju provode elektroni koji prelaze s jedne molekule na drugu zbog efekta tunela. U proteinima i drugim biološkim objektima pokretljivost nosilaca naboja je vrlo visoka. U sistemu veza ugljenik-kiseonik i vodonik-azot, elektron (pobuđen) se kreće kroz ceo sistem proteinskog molekula usled tunelskog efekta. Pošto je pokretljivost takvih elektrona veoma visoka, provodljivost proteinskog sistema je visoka.

U živom organizmu se također provodi jonska provodljivost. Formiranje i odvajanje jona u živoj materiji je olakšano prisustvom vode u proteinskom sistemu. Od toga zavisi dielektrična konstanta proteinskog sistema. Nosioci naboja u ovom slučaju su vodikovi joni - protoni. Samo se u živom organizmu sve vrste provodljivosti ostvaruju istovremeno. Odnos između različitih provodljivosti varira u zavisnosti od količine vode u proteinskom sistemu. Što je manje vode, to je manja jonska provodljivost. Ako se proteini osuše, tada se provodljivost provodi elektronima.

Općenito, utjecaj vode nije samo to što je ona izvor vodonikovih jona i time pruža mogućnost jonske provodljivosti. Voda igra složeniju ulogu u promjeni ukupne provodljivosti. Činjenica je da je voda donor nečistoće. On opskrbljuje elektronima (svaki molekul vode se raspada na proton (jezgro) i elektron). Kao rezultat, elektroni ispunjavaju rupe, pa se provodljivost rupa smanjuje. Smanjuje se milion puta. Nakon toga, ovi elektroni se prenose na proteine ​​i položaj se vraća, ali ne u potpunosti. Ukupna provodljivost nakon ovoga ostaje 10 puta manja nego prije dodavanja vode.

Moguće je dodati proteinskim sistemima ne samo donora, već i akceptora, što bi dovelo do povećanja broja rupa. Utvrđeno je da je takav akceptor posebno hloranil, supstanca koja sadrži hlor.

Kao rezultat toga, provodljivost rupa se toliko povećava da se ukupna provodljivost proteinskog sistema povećava za faktor od milion.

Nukleinske kiseline takođe igraju važnu ulogu u živom organizmu. Uprkos činjenici da se njihova struktura, vodonične veze i tako dalje razlikuju od strukture bioloških sistema, postoje supstance (nebiološke) sa suštinski sličnim elektrofizičkim svojstvima. Konkretno, takva supstanca je grafit. Njihova energija vezivanja, kao i energija proteina, je niska, a specifična provodljivost visoka, iako je nekoliko redova veličine niža od one kod proteina. Ali elektrofizička svojstva aminokiselina su generalno u osnovi ista kao i svojstva proteina.

Ali i aminokiseline u sastavu živog organizma imaju svojstva koja proteini nemaju. Ovo su veoma važna svojstva. Zahvaljujući njima, mehanički utjecaji u njima se pretvaraju u električnu energiju. Ovo svojstvo materije u fizici se naziva piezoelektrično. U nukleinskim kiselinama živog organizma, termičko djelovanje dovodi i do stvaranja elektriciteta (termoelektričnosti). Oba svojstva su određena prisustvom vode. Jasno je da ova svojstva variraju u zavisnosti od količine vode. Upotreba ovih svojstava u organizaciji i funkcionisanju živog organizma je očigledna. Dakle, djelovanje štapića vidne retine temelji se na ovisnosti provodljivosti o osvjetljenju. Ali molekuli živih organizama također imaju elektronsku provodljivost, poput metala.

Elektrofizička svojstva proteinskih sistema i nukleinskih molekula manifestuju se samo u dinamici, samo u živom organizmu. S početkom smrti, elektrofizička aktivnost vrlo brzo nestaje. To je zato što je kretanje nosača naboja zaustavljeno.

Iz poređenja električnih svojstava proteinskih sistema i aminokiselina sa poluprovodnicima, može se steći utisak da su električna svojstva jednog i drugog ista. Ovo nije sasvim tačno. Iako u proteinskim sistemima živog organizma postoji i elektronska, i rupičasta i jonska provodljivost, oni su međusobno povezani na složeniji način nego u neorganskim i organskim poluvodičima. Tamo se ove provodljivosti jednostavno sabiraju i dobije se ukupna, konačna provodljivost. U živim organizmima takvo aritmetičko sabiranje provodljivosti je neprihvatljivo. Ovdje 1 + 1 br. 2. Nema ništa čudno u tome. Ovo sugerira da ove provodljivosti nisu nezavisne jedna od druge. Njihove međusobne promjene praćene su procesima koji mijenjaju ukupnu provodljivost po složenijem zakonu. Stoga, kada se govori o elektronskoj (ili drugoj) provodljivosti proteinskih sistema, dodaje se riječ „specifičan“. Procesi koji određuju elektrofizička svojstva živih bića vrlo su složeni. Istovremeno sa kretanjem električnih naboja, koje određuje električnu provodljivost, elektromagnetna polja djeluju i jedno na drugo. Elementarne čestice imaju magnetne momente, odnosno magneti su. Budući da ovi magneti međusobno djeluju, kao rezultat ovog djelovanja uspostavlja se određena orijentacija ovih čestica. Kontinuirano, molekuli i atomi mijenjaju svoje stanje - vrše kontinuirane i nagle (diskretne) prijelaze iz jednog električnog stanja u drugo. Primajući dodatnu energiju, uzbuđeni su. Ovi prijelazi utiču na pokretljivost nosilaca naboja u živom organizmu. Dakle, djelovanje elektromagnetnih polja mijenja kretanje nabijenih čestica. Uz pomoć ovih nosača naboja, informacije se prenose u centralni nervni sistem (CNS). Signali u centralnom nervnom sistemu koji obezbeđuju rad celog organizma u celini su električni impulsi. Ali oni se šire mnogo sporije nego u tehničkim sistemima. To je zbog složenosti procesa. Organizam reagira djelovanjem na određeni vanjski utjecaj tek nakon što dobije informaciju o tom utjecaju. Reakcija tijela je vrlo spora jer se signali o vanjskim utjecajima sporo šire. Dakle, brzina zaštitnih reakcija živog organizma ovisi o elektrofizičkim svojstvima žive tvari. Ako električna i elektromagnetna polja djeluju izvana, tada se ova reakcija još više usporava. To je utvrđeno i u laboratorijskim eksperimentima i u proučavanju uticaja elektromagnetnih polja tokom magnetnih oluja na žive sisteme. Inače, kada bi reakcija živog organizma na vanjske utjecaje bila višestruko brža, onda bi se čovjek mogao zaštititi od mnogih utjecaja, od kojih sada umire.

Danas ljudi još uvijek ne poznaju sva svojstva složene električne provodljivosti žive tvari. Ali jasno je da ona fundamentalno različita svojstva koja su svojstvena samo živim bićima ovise o njima.

Da bi se otkrila suština električnih pojava u živom organizmu, potrebno je razumjeti značenje potencijala biološkog sistema, biopotencijala.

Potencijal je energetska mogućnost. Da bi se elektron otkinuo od atoma vodika, potrebno je savladati sile koje ga drže u atomu, odnosno potrebna je energija za ovaj rad. Energija elementarnih čestica se mjeri u elektron voltima. Energija koja se troši na odvajanje elektrona od jezgra atoma naziva se jonizacijski potencijal. Za vodonik je jednak 13 eV. Za atome različitih elemenata, ima svoja značenja.

U živim supstancama energija vezivanja u molekulima iznosi 0,01-1 eV. U neživim molekulima 30-50 eV. Vrlo je teško izmjeriti jonizacijski potencijal u biološkim molekulima zbog male minimalne vrijednosti energije elektrona. Stoga ih je bolje karakterizirati ne apsolutnim vrijednostima (elektron voltima), već relativnim. Potencijal jonizacije vode može se uzeti kao jedinica (govorimo o vodi sadržanoj u biološkim sistemima). Jonizacijski potencijali svih drugih bioloških jedinjenja sada se mogu odrediti. Postoji još jedna suptilnost. Atom vodonika ima samo jedan valentni elektron. Dakle, njen jonizacioni potencijal je jednak jedinici. Ako su atom i molekula složeniji, onda njihovi elektroni imaju različite energetske mogućnosti za odvajanje. U takvim slučajevima potencijal ionizacije se pripisuje valentnim elektronima, odnosno elektronima sa najnižom energijom vezivanja.

U biološkim sistemima, kao rezultat određene distribucije električnih naboja, nastaju električna polja, pa je zbog Coulombovih sila moguće privlačenje i odbijanje električnih naboja. Energetska karakteristika električnog polja je razlika potencijala (Δj). Razlika potencijala u biološkim sistemima (biopotencijalima) je vrlo mala, do 10 -6 eV. Vrijednost biopotencijala je nedvosmislen pokazatelj stanja biosistema ili njegovih dijelova. Mijenja se ako je tijelo u patološkom stanju. U ovom slučaju se mijenjaju reakcije živog organizma na faktore okoline. Elektrofizička svojstva bioloških spojeva određuju i brzinu reakcije živog organizma, kako pojedinačne cjeline tako i njegovih pojedinačnih analizatora, na djelovanje vanjskih faktora. Od ovih svojstava zavisi i brzina obrade informacija u telu. Procjenjuje se veličinom električne aktivnosti.

Bioenergetski fenomeni na nivou elementarnih čestica su osnova glavnih funkcija živog organizma, bez ovih funkcija život je nemoguć. Energetski procesi u ćelijama (pretvorba energije i najsloženiji biohemijski metabolički procesi) mogući su samo zbog učešća elektrona u njima.

Biopotencijali su usko povezani sa električnom aktivnošću određenog organa. Dakle, električnu aktivnost mozga karakterizira spektralna gustoća biopotencijala i naponski impulsi različitih frekvencija. Utvrđeno je da su za osobu karakteristični sledeći bioritmovi mozga (u Hz): Delta ritam - 0,5-3 Hz; Theta ritam - 4-7 Hz; Alfa ritam - 8-13 Hz; Beta ritam - 14-35 Hz; Gama ritam - 36-55 Hz.

Postoje, iako nepravilni, neki ritmovi sa većom frekvencijom. Amplituda električnih impulsa ljudskog mozga dostiže značajnu vrijednost - do 500 μV.

Svi koji poznaju elektroniku znaju da prilikom prijenosa informacija i njihove obrade nisu bitni samo brzina ponavljanja i njihova amplituda, već i oblik impulsa.

Kako nastaju ovi impulsi? Njihove karakteristike ukazuju da se ne mogu stvoriti promjenama jonske provodljivosti. U ovom slučaju procesi se razvijaju sporije, odnosno inercijski su. Ovi impulsi se mogu formirati samo kretanjem elektrona, čija je masa mnogo manja od mase jona.

Uloga oblika električnih impulsa može se razumjeti na primjeru efikasnosti defibrilacije srca. Pokazalo se da efikasnost obnavljanja rada srca zavisi od oblika impulsa primenjenog električnog napona. Njegova spektralna gustina je takođe važna. Samo određenim oblikom impulsa obnavlja se normalno kretanje nosilaca naboja u živom organizmu, odnosno uspostavlja se uobičajena električna provodljivost, pri čemu je moguće normalno funkcioniranje organizma.

U ovoj metodi, elektrode se nanose na ljudsko tijelo u predjelu grudnog koša. Ali električni impulsi u ovom slučaju djeluju ne samo direktno na srčani mišić, već i na centralni nervni sistem. Naizgled, drugi način je najefikasniji, jer su mogućnosti centralnog nervnog sistema da utiče na sve organe najšire. Naredbe svim organima najbrže dolaze kroz centralni nervni sistem, jer je njegova električna provodljivost mnogo veća od električne provodljivosti mišićnog tkiva i cirkulacijskog sistema. Dakle, do povratka organizma u život dolazi ako je moguće obnoviti elektrofizička svojstva žive tvari, odnosno specifična kretanja električnih naboja s onim svojstvima koja su svojstvena živim sistemima.

Od odlučujućeg značaja za život i funkcionisanje živog organizma su upravo elektrofizička svojstva živog organizma. O tome svjedoče takve činjenice.

Utvrđeno je da ako iritantni faktori iznenada djeluju na osobu, tada se otpor ljudskog tijela na električnu struju dramatično mijenja. Osnovno je važno da neočekivani vanjski utjecaji mogu imati drugačiju fizičku prirodu. To može biti i jaka svjetlost, i dodir vrućeg predmeta, i poruka osobi neočekivane, važne informacije za njega. U svim slučajevima rezultat je isti - povećava se električna provodljivost ljudskog tijela. Ova promjena zavisi i od jačine vanjskog faktora. Ali u svim slučajevima, povećanje električne provodljivosti dolazi vrlo brzo, a njegov oporavak na normalne vrijednosti je mnogo sporiji. Brza promjena električne provodljivosti može se dogoditi samo zbog elektronike.

Uzmimo uticaj na čoveka spoljašnjeg faktora (električne struje). Posledice ovog uticaja ne zavise samo od njegove veličine, već i od stanja ljudskog nervnog sistema u tom trenutku. Smrt pod uticajem spoljašnjeg faktora nastaje ako je poremećena električna provodljivost centralnog nervnog sistema. Ako je pod utjecajem vanjskih faktora poremećeno kretanje nosilaca naboja u moždanim stanicama, dolazi do potpunog ili djelomičnog prestanka opskrbe stanica kisikom.

Naravno, ovo pitanje je veoma teško. Već je utvrđeno da je električna provodljivost različitih živih organizama i različitih sistema u jednom živom organizmu različita. Organi koji bi trebali najbrže reagirati na vanjske podražaje imaju najmanju inercijsku provodljivost – elektronsku i elektron-rupu.

Sada razmotrite energetski sistem tijela.

Postoje mišljenja raznih naučnika da energija ulazi u tijelo, što osigurava njegovo funkcioniranje u cjelini, kao i svih njegovih sastavnih dijelova. Energetski naboji mogu imati i pozitivne i negativne predznake. U zdravom organizmu postoji ravnoteža pozitivnih i negativnih elemenata energije. To znači ravnotežu između procesa ekscitacije i inhibicije. Kada se poremeti ravnoteža između tokova pozitivne i negativne energije, tijelo prelazi u stanje bolesti, jer je poremećena ravnoteža procesa ekscitacije i inhibicije.

Datum: 28.03.2010

Nijedan pokret se ne može izvesti bez trošenja energije. Jedini univerzalni i direktni izvor energije za mišićnu kontrakciju je adenozin trifosfat -ATP; bez njega, poprečni "mostovi su lišeni energije i aktinski filamenti ne mogu kliziti duž miozinskih filamenata, ne dolazi do kontrakcije mišićnog vlakna. ATP je visokoenergetsko (makroergično) jedinjenje fosfata, razlaganje (hidroliza) koji oslobađa oko 10 kcal/kg slobodne energije.Kada se mišić aktivira dolazi do pojačane hidrolize ATP-a, pa se intenzitet energetskog metabolizma povećava za 100-1000 puta u odnosu na nivo mirovanja.Međutim, rezerve ATP-a u mišići su relativno zanemarivi i mogu biti dovoljni samo za 2-3 sekunde intenzivnog rada. U realnim uslovima, da bi mišići mogli dugo održavati svoju kontraktilnost, mora postojati stalni oporavak (resinteza) ATP-a na istom brzinom kojom se i troši. Ugljikohidrati, masti i proteini se koriste kao izvori energije. Kada se ove supstance potpuno ili djelimično razgrađuju, dio akumulirane energije se oslobađa u njihovim hemijskim vezama. Ova oslobođena energija I i osigurava resintezu ATP-a (vidi. stol).

Energetske rezerve osobe (sa tjelesnom težinom od 75 kg)

Bioenergetske sposobnosti tijela su najvažniji faktor koji ograničava njegove fizičke performanse. Formiranje energije koja osigurava rad mišića može se odvijati anaerobnim (bez kisika) i aerobnim (oksidativnim) putevima. U zavisnosti od biohemijskih karakteristika procesa koji se dešavaju u ovom slučaju, uobičajeno je razlikovati tri generalizovana energetska sistema koji obezbeđuju fizičke performanse osobe:

alaktički anaerobni, ili fosfageni, povezan s procesima resinteze ATP-a uglavnom zbog energije drugog visokoenergetskog jedinjenja fosfata - kreatin fosfata (CrF);

glikolitički (laktacidni) anaerobni, obezbeđivanje resinteze ATP i CRF usled reakcija anaerobne razgradnje glikogena ili glukoze u mlečnu kiselinu (LA);

aerobna(oksidativni), povezan sa sposobnošću obavljanja posla usled oksidacije energetskih supstrata, koji se mogu koristiti kao ugljeni hidrati, masti, proteini, uz povećanje isporuke i iskorišćenja kiseonika u radnim mišićima.

Svaka od navedenih bioenergetskih komponenti fizičke izvedbe karakterizirana je kriterijima snaga, kapacitet i efikasnost(vidi sliku 1).

Rice. 1. Dinamika brzine procesa opskrbe energijom u radnim mišićima u zavisnosti od trajanja vježbe (prema N.I. Volkovov, 1986.)

Kriterijum snage procjenjuje maksimalnu količinu energije po jedinici vremena koju može obezbijediti svaki od metaboličkih sistema.

Kriterijum kapaciteta procjenjuje ukupne rezerve energetskih supstanci koje su dostupne za korištenje u tijelu, odnosno ukupnu količinu obavljenog posla zbog ove komponente.

Kriterijum efikasnosti pokazuje koliki se vanjski (mehanički) rad može obaviti za svaku utrošenu jedinicu energije.

Fosfageni sistem je najbrže mobilizirani izvor energije. Resinteza ATP-a zbog kreatin fosfata tokom mišićnog rada odvija se gotovo trenutno. Kada se fosfatna grupa odvoji od CRF-a, oslobađa se velika količina energije koja se direktno koristi za obnavljanje ATP-a. Stoga je CRF prva rezerva mišićne energije koja se koristi kao neposredan izvor regeneracije ATP-a. ATP i CrF djeluju kao jedinstveni sistem opskrbe energijom za mišićnu aktivnost. Ovaj sistem ima najveću snagu u odnosu na glikolitičke i aerobne, i igra glavnu ulogu u obezbeđivanju kratkotrajnog rada maksimalne snage, koji se izvodi uz maksimalne mišićne kontrakcije u smislu snage i brzine: pri izvođenju kratkotrajnih napora "eksplozivne" prirode, trzanja, trzaja, kao što su npr. sprint, skakanje, bacanje ili udaranje i udaranje u borbi prsa u prsa i sl. Najveća snaga alaktičkog anaerobnog procesa postiže se u vježbama u trajanju od 5-6 sekundi i kod visoko obučenih sportista dostiže nivo od 3700 kJ/kg u minuti. Međutim, kapacitet ovog sistema je mali zbog ograničenih rezervi ATP-a i CrF-a u mišićima. Istovremeno, vrijeme zadržavanja maksimalne anaerobne snage ne ovisi toliko o kapacitetu fosfagenog sistema, koliko o onom njegovom dijelu koji se može mobilizirati pri radu na maksimalnoj snazi. Potrošena količina CRF-a tokom vježbi maksimalne snage je samo oko jedne trećine njegovih ukupnih intramuskularnih rezervi. Stoga, trajanje maksimalne snage obično ne prelazi 15-20 sekundi čak i za visoko kvalifikovane sportiste.

Anaerobna glikoliza počinje praktično od samog početka rada, ali dostiže maksimalnu snagu tek nakon 15-20 sekundi rada maksimalnog intenziteta, a ta snaga se ne može održavati duže od 2,5 - 3,0 minuta.

Glycolytic anaerobic sistem karakteriše dovoljno velika snaga, dostižući nivo od približno 2500 kJ/kg u minuti kod visoko obučenih ljudi. Energetski supstrati su ugljikohidrati - glikogen i glukoza. Glikogen pohranjen u mišićnim stanicama i jetri je lanac molekula glukoze (jedinice glukoze). Kada se glikogen razgradi, njegove glukozne jedinice se uzastopno odvajaju. Svaka jedinica glukoze iz glikogena obnavlja 3 ATP molekula, a molekula glukoze - samo 2 ATP molekula. Iz svakog molekula glukoze formiraju se 2 molekula mliječne kiseline (LA). Stoga, uz veliku snagu i trajanje glikolitičkog anaerobnog rada, u mišićima se formira značajna količina UA. Akumulirajući se u radnim mišićnim ćelijama, UA lako difundira u krv i, do određenog stepena koncentracije, vezan je za sistem pufera krvi da bi očuvao unutrašnje okruženje tela (homeostaza). Ako količina UA koja nastaje u procesu obavljanja rada glikolitičke anaerobne orijentacije premašuje mogućnosti krvnog puferskog sustava, to dovodi do njihovog brzog iscrpljivanja i uzrokuje pomak kiselinsko-bazne ravnoteže krvi na kiselu stranu. U konačnici, to uzrokuje inhibiciju ključnih enzima anaerobne glikolize, sve do potpune inhibicije njihove aktivnosti. Istovremeno se smanjuje i brzina same glikolize. Značajno zakiseljavanje također dovodi do smanjenja brzine alaktičkog anaerobnog procesa i općenitog smanjenja radne snage.

Trajanje rada u glikolitičkom anaerobnom režimu uglavnom je ograničeno ne količinom (kapacitetom) njegovih energetskih supstrata, već nivoom koncentracije UA i stupnjem adaptacije tkiva na promjene kiseline u mišićima i krvi. Prilikom obavljanja mišićnog rada, koji se ostvaruje uglavnom anaerobnom glikolizom, nema naglog smanjenja mišićnog glikogena i glukoze u krvi i jetri. U procesu fizičkog treninga može doći do hipoglikemije (smanjenje koncentracije glukoze u krvi) iz drugih razloga.Za visok nivo ispoljavanja glikolitičkog anaerobnog kapaciteta (posebne izdržljivosti), stepen adaptacije tkiva na nastale pomake u acido-baznoj ravnoteži je neophodna. Ovdje je posebno istaknut faktor mentalne stabilnosti, koji omogućava da se uz intenzivnu mišićnu aktivnost voljnim naporom savladaju bolne senzacije u radnim mišićima koje nastaju razvojem umora i nastavi sa radom, uprkos sve većoj želji za prestankom rada. to.

Prilikom prelaska iz stanja mirovanja u mišićnu aktivnost, potreba za kisikom (njegov zahtjev) se višestruko povećava. Međutim, potrebno je najmanje 1-2 minute da se aktivnost kardio-respiratornog sistema poveća kako bi se oksigenirana krv mogla dostaviti mišićima koji rade. Potrošnja kisika u radnim mišićima raste postepeno, kako se aktivnost vegetativnih potpornih sistema intenzivira. Sa povećanjem trajanja vježbe na 5-6 minuta, brzina procesa stvaranja aerobne energije brzo se povećava i, s povećanjem trajanja rada za više od 10 minuta, opskrba energijom je gotovo u potpunosti posljedica aerobnih procesa. Međutim, snaga aerobnog sistema za snabdevanje energijom je približno 3 puta manja od snage fosfagenog, i 2 puta - snage anaerobnog glikolitičkog sistema (vidi tabelu)

Glavne bioenergetske karakteristike metaboličkih procesa - izvori energije tokom mišićne aktivnosti

Istovremeno, aerobni mehanizam resinteze ATP-a karakterizira najveća produktivnost i efikasnost. U svakodnevnim životnim uslovima, ponekad čini više od 90% ukupne energetske proizvodnje organizma. U ovom slučaju kao supstrati za oksidaciju koriste se svi glavni nutrijenti: ugljikohidrati, masti u obliku aminokiselina. Doprinos proteina ukupnoj količini proizvodnje aerobne energije je vrlo mali. Ali ugljikohidrati i masti se koriste kao supstrati za aerobnu oksidaciju sve dok su dostupni mišićima.

Aerobna razgradnja ugljikohidrata do određene faze (prije stvaranja pirogrožđane kiseline) odvija se na isti način kao i kod anaerobne glikolize. Ali u aerobnim uvjetima, pirogrožđana kiselina se ne pretvara u mliječnu kiselinu, već se dalje oksidira u ugljični dioksid i vodu, koji se lako izlučuju iz tijela. U isto vrijeme, 39 molekula ATP-a na kraju se formira od jedne glukozne jedinice glikogena. Dakle, aerobna oksidacija glikogena je efikasnija od anaerobne. Još više energije se oslobađa tokom oksidacije masti. U prosjeku, 1 mol mješavine različitih masnih kiselina specifičnih za ljudsko tijelo osigurava resintezu 138 mola ATP-a. Uz istu težinsku potrošnju glikogena i masnih kiselina, ove posljednje daju gotovo tri puta više energije od ugljikohidrata. Masti, dakle, imaju najveći energetski intenzitet od svih bioenergetskih supstrata (vidi tabelu)

Opće karakteristike sistema aerobnog napajanja energijom

Aerobni sistem snabdijevanja energijom znatno je inferiorniji od alaktatnog i laktatnog po snazi ​​proizvodnje energije, stopi uključenosti u obezbjeđivanje mišićne aktivnosti, ali je višestruko superiorniji po kapacitetu i ekonomičnosti (tabela 1).

Tabela broj 1. Energetska opskrba mišićnog rada

Karakteristika aerobnog sistema je da se formiranje ATP-a u ćelijskim organelama-mitohondrijama koje se nalaze u mišićnom tkivu odvija uz učešće kiseonika koji se isporučuje putem sistema za transport kiseonika. Ovo predodređuje visoku efikasnost aerobnog sistema i prilično velike rezerve glikogena u mišićnom tkivu i jetri, kao i praktično neograničene rezerve lipida - njegov kapacitet.

U najjednostavnijem obliku, aktivnost sistema aerobnog snabdevanja energijom se odvija na sledeći način. U prvoj fazi, kao rezultat složenih procesa, i glikogen i slobodne masne kiseline (FFA) se pretvaraju u acetil-koenzim A (acetil-CoA), aktivni oblik octene kiseline, koji osigurava da se svi naredni procesi stvaranja energije odvijaju. prema jednoj shemi. Međutim, prije formiranja acetil-CoA, oksidacija glikogena i FFA se odvija nezavisno.

Sve brojne hemijske reakcije koje se javljaju u procesu aerobne resinteze ATP-a mogu se podijeliti u tri tipa: 1 - aerobna glikoliza; 2 - Krebsov ciklus, 3 - sistem za transport elektrona (slika 7).

Rice. 7. Faze reakcija resinteze ATP-a u aerobnom procesu

Prva faza reakcija je aerobna glikoliza, koja rezultira razgradnjom glikogena sa stvaranjem CO2 i H2O. Tok aerobne glikolize odvija se prema istoj shemi kao i tok anaerobne glikolize o kojem je gore raspravljano. U oba slučaja, kao rezultat hemijskih reakcija, glikogen se pretvara u glukozu, a glukoza u pirogrožđanu kiselinu uz resintezu ATP-a. Kiseonik ne učestvuje u ovim reakcijama. Prisustvo kiseonika se otkriva kasnije kada se uz njegovo učešće pirogrožđana kiselina ne pretvara u mlečnu kiselinu u mlečnu kiselinu, a zatim u laktat, koji se odvija u procesu anaerobne glikolize, već se šalje u aerobni sistem, na kraju produkti od kojih su ugljični dioksid (CO2), koji se izlučuje iz tijela kroz pluća, i voda (slika 8)

Rice. 8. Šematski tok anaerobne i aerobne glikolize

Do cijepanja 1 mola glikogena u 2 mola pirogrožđane kiseline dolazi uz oslobađanje energije dovoljne za resintezu 3 mola ATP-a: Energija + 3ADP + Fn → 3ATP

Iz pirogrožđane kiseline koja nastaje kao rezultat razgradnje glikogena, CO2 se odmah uklanja, pretvarajući ga iz spoja s tri ugljika u spoj s dva ugljika, koji u kombinaciji s koenzimom A formira acetil-CoA, koji je uključen u druga faza formiranja aerobnog ATP-a - ciklus limunske kiseline ili Krebsov ciklus.

U Krebsovom ciklusu dolazi do niza složenih hemijskih reakcija, usled kojih dolazi do oksidacije pirogrožđane kiseline – odstranjivanja vodikovih jona (H+) i elektrona (e-), koji na kraju ulaze u sistem za transport kiseonika i učestvuju u ATP-u. reakcije resinteze u trećoj fazi, formirajući CO2, koji difunduje u krv i transportuje se u pluća, odakle se izlučuje iz organizma. U samom Krebsovom ciklusu formiraju se samo 2 mola ATP-a (slika 9).

Rice. 9. Šematski prikaz oksidacije ugljika u Krebsovom ciklusu

Treća faza se odvija u lancu transporta elektrona (respiratorni lanac). Reakcije koje se javljaju uz učešće koenzima uglavnom se svode na sledeće. Vodikovi joni i elektroni koji se oslobađaju iz reakcija u Krebsovom ciklusu iu manjoj mjeri u glikolizi prenose se do kisika da bi kao rezultat formirali vodu. Istovremeno oslobođena energija u nizu spregnutih reakcija koristi se za resintezu ATP-a. Cijeli proces koji se odvija duž lanca prijenosa elektrona do kisika naziva se oksidativna fosforilacija. U procesima koji se odvijaju u respiratornom lancu troši se oko 90% kisika dostavljenog stanicama i stvara se najveća količina ATP-a. Ukupno, oksidativni sistem transporta elektrona osigurava formiranje 34 ATP molekula iz jedne molekule glikogena.

Probava i apsorpcija ugljikohidrata u krvotok odvija se u tankom crijevu. U jetri se pretvaraju u glukozu, koja se zauzvrat može pretvoriti u glikogen i deponovati u mišićima i jetri, a koriste je i različiti organi i tkiva kao izvor energije za održavanje aktivnosti. Tijelo zdravog čovjeka sa dovoljnim nivoom fizičke spremnosti sa tjelesnom težinom od 75 kg sadrži 500-550 g ugljikohidrata u obliku mišićnog glikogena (oko 80%), glikogena u jetri (oko 16-17%), krvi glukoze (3-4%), što odgovara energetskim rezervama reda 2000 - 2200 kcal.

Glikogen u jetri (90 - 100 g) koristi se za održavanje nivoa glukoze u krvi neophodnog za normalno funkcionisanje različitih tkiva i organa. Kod dugotrajnog aerobnog rada, koji dovodi do iscrpljivanja zaliha glikogena u mišićima, dio glikogena jetre mogu iskoristiti mišići.

Treba imati na umu da se zalihe glikogena u mišićima i jetri mogu značajno povećati pod utjecajem treninga i nutritivnih manipulacija koje uključuju iscrpljivanje ugljikohidrata i naknadno zasićenje ugljikohidratima. Pod utjecajem treninga i posebne prehrane, koncentracija glikogena u jetri može se povećati za 2 puta. Povećanje količine glikogena povećava njegovu dostupnost i stopu iskorištenja tokom naknadnog rada mišića.

Uz produženu fizičku aktivnost srednjeg intenziteta, stvaranje glukoze u jetri povećava se 2-3 puta u odnosu na stvaranje u mirovanju. Naporan i produženi rad može dovesti do 7 do 10 puta povećanja proizvodnje glukoze u jetri u odnosu na podatke dobijene u mirovanju.

Efikasnost procesa opskrbe energijom zahvaljujući masnim rezervama određena je brzinom lipolize i brzinom protoka krvi u masnom tkivu, čime se osigurava intenzivna isporuka slobodnih masnih kiselina (FFA) do mišićnih stanica. Ako se rad izvodi intenzitetom od 50 - 60% VO2 max, dolazi do maksimalnog protoka krvi u masnom tkivu, što doprinosi maksimalnom unosu FFA u krv. Intenzivniji rad mišića povezan je s intenziviranjem mišićnog krvotoka uz istovremeno smanjenje dotoka krvi u masno tkivo i, posljedično, s pogoršanjem isporuke FFA u mišićno tkivo.

Iako se lipoliza odvija u toku mišićne aktivnosti, međutim, već na 30-40. minuti rada prosječnog intenziteta, njeno snabdijevanje energijom se podjednako odvija zbog oksidacije i ugljikohidrata i lipida. Dalji nastavak rada, koji dovodi do postepenog iscrpljivanja ograničenih resursa ugljikohidrata, povezan je sa povećanjem oksidacije FFA; na primjer, opskrba energijom druge polovine maratonske udaljenosti u trčanju ili cestovnom biciklizmu (više od 100 km) uglavnom je povezana s upotrebom masti.

Unatoč činjenici da je korištenje energije iz oksidacije lipida od stvarnog značaja za osiguranje izdržljivosti samo pri produženoj mišićnoj aktivnosti, već od prvih minuta rada sa intenzitetom većim od 60% VO2max dolazi do oslobađanja FFA iz triacilglicerida, njihovih ulazak i oksidacija u kontrakcijskim mišićima. Nakon 30-40 minuta nakon početka rada, stopa potrošnje FFA se povećava za 3 puta, a nakon 3-4 sata rada - za 5-6 puta.

Intramuskularna upotreba triglicerida se značajno povećava pod uticajem aerobnog treninga. Ova adaptivna reakcija se očituje kako u brzini odvijanja procesa stvaranja energije zbog oksidacije FFA iz mišićnih tricerida, tako i u povećanju njihove iskorištenosti iz mišićnog tkiva.

Jednako važan adaptivni efekat treniranog mišićnog tkiva je povećanje njegove sposobnosti da koristi rezerve masti. Dakle, nakon 12-tjednog aerobnog treninga, sposobnost iskorištavanja triglicerida u radnim mišićima naglo se povećala i dostigla 40%.

Uloga proteina za resintezu ATP-a nije bitna. Međutim, ugljični kostur mnogih aminokiselina može se koristiti kao energentsko gorivo u procesu oksidativnog metabolizma, što se manifestira tijekom dugotrajnih opterećenja umjerenog intenziteta, pri čemu doprinos metabolizma proteina proizvodnji energije može doseći 5-6% ukupne energetske potrebe.

Zbog značajnih rezervi glukoze i masti u organizmu i neograničene mogućnosti trošenja kiseonika iz atmosferskog vazduha, aerobni procesi, koji imaju manju snagu od anaerobnih, mogu da obezbede rad dugo vremena (tj. njihov kapacitet je veoma veliki sa veoma visoka efikasnost). Istraživanja pokazuju da, na primjer, u maratonskom trčanju, zbog upotrebe mišićnog glikogena, rad mišića traje 80 minuta. Određena količina energije može se mobilizirati iz glikogena u jetri. Ukupno, ovo može osigurati 75% vremena potrebnog za savladavanje maratonske udaljenosti. Ostatak energije dolazi od oksidacije masnih kiselina. Međutim, njihova brzina difuzije iz krvi u mišiće je ograničena, što ograničava proizvodnju energije iz ovih kiselina. Energija proizvedena kao rezultat oksidacije FFA dovoljna je da se održi intenzitet mišićnog rada na nivou od 40–50% VO2max, dok je WTO, kao najjači maratonci, u stanju da savlada distancu intenziteta preko 80– 90% VO2max, što ukazuje na visok nivo adaptacije aerobnog sistema snabdevanja energijom, što omogućava ne samo da se obezbedi optimalna kombinacija upotrebe ugljenih hidrata, masti, pojedinačnih aminokiselina i metabolita za proizvodnju energije, već i ekonomično korišćenje glikogen.

Dakle, cijeli niz reakcija koje osiguravaju aerobnu oksidaciju glikogena je sljedeći. U prvoj fazi, kao rezultat aerobne glikolize, nastaje pirogrožđana kiselina i ponovno se sintetizira određena količina ATP-a. U drugom, u Krebsovom ciklusu, nastaje CO2, a joni vodonika (H+) i elektroni (e-) se uvode u sistem za transport elektrona, takođe uz resintezu određene količine ATP-a. I konačno, završna faza je povezana sa stvaranjem H2O iz H+, e- i kisika uz oslobađanje energije koja se koristi za resintezu ogromne količine ATP-a. Masti i proteini koji se koriste kao gorivo za resintezu ATP-a takođe prolaze kroz Krebsov ciklus i sistem za transport elektrona (Slika 10).

Rice. 10. Šematski prikaz funkcionisanja sistema aerobnog snabdevanja energijom

Sistem napajanja laktatom.

U sistemu snabdijevanja laktatnom energijom dolazi do resinteze ATP-a zbog razgradnje glukoze i glikogena u nedostatku kisika. Ovaj proces se obično naziva anaerobna glikoliza. Anaerobna glikoliza je mnogo složeniji hemijski proces u poređenju sa mehanizmima razgradnje fosfogena u sistemu snabdevanja alaktičkom energijom. Uključuje niz složenih sekvencijalnih reakcija, kao rezultat kojih se glukoza i glikogen razgrađuju do mliječne kiseline, koja se koristi u nizu spregnutih reakcija za resintezu ATP (slika 2).

Rice. 2. Šematski prikaz procesa anaerobne glikolize

Kao rezultat razgradnje 1 mola glukoze nastaju 2 mola ATP-a, a razgradnjom 1 mola glikogena, 3 mola ATP-a. Istovremeno sa oslobađanjem energije u mišićima i tjelesnim tekućinama nastaje pirogrožđana kiselina, koja se zatim pretvara u mliječnu kiselinu. Mliječna kiselina se brzo razlaže i formira svoju sol, laktat.

Akumulacija mliječne kiseline kao rezultat intenzivne aktivnosti glikolitičkog mehanizma dovodi do velikog stvaranja laktata i vodikovih jona (H+) u mišićima. Kao rezultat toga, uprkos djelovanju puferskih sistema, mišićni pH se postepeno smanjuje sa 7,1 na 6,9, pa čak i na 6,5 ​​- 6,4. Intracelularni pH, počevši od nivoa od 6,9 - 6,8, usporava intenzitet glikolitičke reakcije nadoknade ATP-a, a na pH 6,5 - 6,4 prestaje razgradnja glikogena. Dakle, povećanje koncentracije mliječne kiseline u mišićima ograničava razgradnju glikogena u anaerobnoj glikolizi.

Za razliku od sistema opskrbe alaktičkom energijom, čija snaga dostiže svoj maksimum već u prvoj sekundi rada, proces aktivacije glikolize odvija se mnogo sporije i dostiže visoke vrijednosti proizvodnje energije tek za 5-10 sekundi. operacija. Snaga glikolitičkog procesa značajno je inferiorna u odnosu na snagu mehanizma kreatin fosfokinaze, ali je nekoliko puta veća u odnosu na mogućnosti aerobnog oksidacionog sistema. Konkretno, ako je nivo proizvodnje energije ATP-a uslijed razgradnje CF-a 9-10 mmol/kg tjelesne težine/s (masa svježeg tkiva), tada kada je povezana glikoliza, volumen proizvedenog ATP-a može porasti na 14 mmol/kg f.m. t./s. Zbog upotrebe oba izvora resinteze ATP-a tokom 3-minutnog intenzivnog rada, ljudski mišićni sistem je u stanju da proizvede oko 370 mmol/kg t. Istovremeno, glikoliza čini najmanje 80% ukupne proizvodnje. Maksimalna snaga laktatnog anaerobnog sistema se manifestuje na 20-25 sekundi rada, a na 30-60 sekundi, glikolitički put resinteze ATP je glavni u energetskom snabdevanju rada.

Kapacitet mlečno-anaerobnog sistema obezbeđuje njegovo pretežno učešće u proizvodnji energije pri obavljanju posla do 30–90 s. Dužim radom uloga glikolize se postepeno smanjuje, ali ostaje značajna i kod dužeg rada - do 5-6 minuta. Ukupna količina energije koja nastaje usled glikolize može se vizuelno proceniti i indikatorima laktata u krvi nakon obavljanja posla koji zahteva maksimalnu mobilizaciju sistema snabdevanja laktatnom energijom. Kod neobučenih osoba granična koncentracija laktata u krvi je 11 - 12 mmol/l. Pod uticajem treninga, kapacitet laktatnog sistema se dramatično povećava i koncentracija laktata u krvi može dostići 25 - 30 mmol/l i više.

Maksimalne vrijednosti stvaranja energije i laktata u krvi kod žena su 30-40% niže u odnosu na muškarce iste sportske specijalizacije. Mlade sportiste u odnosu na odrasle karakteriše nizak anaerobni kapacitet. maksimalna koncentracija laktata u krvi pri graničnim opterećenjima anaerobne prirode u njima ne prelazi 10 mmol/kg, što je 2-3 puta niže nego kod odraslih sportaša.

Stoga se adaptivne reakcije laktatnog anaerobnog sistema mogu odvijati u različitim smjerovima. Jedan od njih je povećanje pokretljivosti glikolitičkog procesa, što se očituje u mnogo bržem postizanju njegovih maksimalnih performansi (sa 15–20 na 5–8 s). Druga reakcija je povezana sa povećanjem snage anaerobnog glikolitičkog sistema, što mu omogućava da proizvodi mnogo veću količinu energije u jedinici vremena. Treća reakcija se svodi na povećanje kapaciteta sistema i, naravno, ukupne količine proizvedene energije, usled čega se produžava trajanje rada, uglavnom obezbeđeno glikolizom.

Maksimalne vrijednosti laktata i pH u arterijskoj krvi tokom takmičenja u nekim sportovima prikazane su na Sl. 3.

Fig.3. Maksimalne vrijednosti laktata i pH u arterijskoj krvi kod sportista specijalizovanih za različite sportove: a - trčanje (400, 800 m); b - brzo klizanje (500, 1000m); c - veslanje (2000 m); d - plivanje 100 m; e - bob; e - biciklizam (100 km)
(Eindemann & Keul, 1977.)

Oni daju prilično potpunu sliku o ulozi laktatnih anaerobnih izvora energije za postizanje visokih sportskih rezultata u različitim sportovima i o adaptivnim rezervama sistema anaerobne glikolize.

Prilikom odabira optimalnog trajanja rada, koji osigurava maksimalnu koncentraciju laktata u mišićima, treba uzeti u obzir da se maksimalni sadržaj laktata uočava pri ekstremnim opterećenjima, čije trajanje varira između 1 - 6 minuta. Povećanje trajanja rada povezano je sa smanjenjem koncentracije laktata u mišićima.

Za odabir optimalne metode za povećanje anaerobnog kapaciteta važno je pratiti karakteristike akumulacije laktata tokom povremenog rada maksimalnog intenziteta. Na primjer, jednominutna ekstremna opterećenja sa pauzama od četiri minute dovode do trajnog povećanja laktata u krvi (slika 4) uz smanjenje acidobaznog statusa (slika 5).

Rice. 4. Promjena koncentracije laktata u krvi tokom povremenih maksimalnih vježbi (jednominutna vježba na 95% intenziteta, odvojena periodima odmora od 4 minute) (Hermansen, Stenswold, 1972.)

Rice. 5. Promjene pH krvi tokom povremenih jednominutnih opterećenja maksimalnog intenziteta (Hollman, Hettinger, 1980.)

Sličan efekat se primećuje kada se izvode vežbe maksimalne snage od 15 - 20 sekundi sa pauzama od oko 3 minuta (slika 6).

Rice. 6. Dinamika biohemijskih promjena kod sportista pri ponovljenom izvođenju kratkotrajnih vježbi maksimalne snage (N. Volkov i sar., 2000.)

Sistem snabdevanja energijom alaktata.

Ovaj sistem snabdevanja energijom je najmanje složen, karakteriše ga velika snaga oslobađanja energije i kratko trajanje delovanja. Do stvaranja energije u ovom sistemu dolazi usled razgradnje energetski bogatih fosfatnih jedinjenja – adenozin trifosfata (ATP) i kreatin fosfata (CP). Energija nastala kao rezultat razgradnje ATP-a je u potpunosti uključena u proces opskrbe energijom za rad već u prvoj sekundi. Međutim, već u drugoj sekundi rad se obavlja zahvaljujući kreatin fosfatu (CP), koji se taloži u mišićnim vlaknima i sadrži energetski bogate fosfatne spojeve. Razgradnja ovih spojeva dovodi do intenzivnog oslobađanja energije. Krajnji proizvodi razgradnje CP su kreatin (Cr) i neorganski fosfat (Pn). Reakcija je stimulirana enzimom kreatin kinazom i shematski izgleda ovako:

Energija koja se oslobađa pri razgradnji CP dostupna je za proces resinteze ATP-a, stoga brzo raspad ATP-a tokom mišićne kontrakcije odmah prati njegova resinteza iz ADP-a i Fn-a uz učešće energije oslobođene prilikom razgradnje CP:

Drugi mehanizam sistema opskrbe alaktičkom energijom je takozvana reakcija miokinaze, koja se aktivira prilikom značajnog zamora mišića, kada brzina cijepanja ATP-a značajno premašuje brzinu njegove resinteze. Reakciju miokinaze stimulira enzim miokinaza i sastoji se u prijenosu fosfatne grupe s jedne molekule na drugu i formiranju ATP-a i adenozin monofosfata (AMP):

Adenozin monofosfat (AMP), koji je nusproizvod reakcije miokinaze, sadrži posljednju fosfatnu grupu i, za razliku od ATP-a i ADP-a, ne može se koristiti kao izvor energije. Reakcija miokinaze se aktivira u uslovima kada su, usled umora, drugi putevi za resintezu ATP-a iscrpili svoje mogućnosti.

Zalihe CF-a ne mogu se popuniti u procesu izvođenja radova. Za njegovu resintezu može se koristiti samo energija oslobođena kao rezultat razgradnje ATP-a, što je moguće samo u periodu oporavka nakon završetka rada.

Sistem alaktata, koji se odlikuje veoma velikom brzinom oslobađanja energije, istovremeno se odlikuje izuzetno ograničenim kapacitetom. Nivo maksimalne alaktičke anaerobne snage ovisi o količini fosfata (ATP i CP) u mišićima i stopi njihove upotrebe. Pod uticajem sprint treninga, alaktička anaerobna snaga se može značajno povećati. Pod uticajem posebne obuke, snaga alaktičkog anaerobnog sistema može se povećati za 40-80%. Na primjer, 8 sedmica sprinterskog treninga kod trkača rezultiralo je povećanjem ATP i CP skeletnih mišića u mirovanju za približno 10%.

Pod uticajem treninga u mišićima, ne samo da se povećava količina ATP i Kf, već se značajno povećava i sposobnost mišićnog tkiva da ih deli. Druga adaptivna reakcija koja određuje snagu alaktičkog anaerobnog sistema je ubrzanje resinteze fosfata zbog povećanja aktivnosti enzima, posebno kreatin fosfokinaze i miokinaze.

Pod uticajem treninga značajno se povećavaju i pokazatelji maksimalnog kapaciteta alaktičkog anaerobnog sistema snabdevanja energijom. Kapacitet alaktičkog anaerobnog sistema pod uticajem ciljanog dugotrajnog treninga može se povećati za 2,5 puta. To potvrđuju pokazatelji maksimalnog alaktičkog O2-duga: za sportiste početnike iznosi 21,5 ml/kg, za sportiste visoke klase može doseći 54,5 ml/kg.

Povećanje kapaciteta alaktičkog energetskog sistema se manifestuje i u trajanju rada maksimalnog intenziteta. Dakle, za osobe koje se ne bave sportom, maksimalna snaga alaktičkog anaerobnog procesa, postignuta nakon 0,5 - 0,7 s nakon početka rada, može se održati ne više od 7 - 10 s, zatim za vrhunske sportisti specijalizovani za sprinterske discipline, može se pojaviti u roku od 15 - 20 s. Istovremeno, dugotrajnost rada praćena je njegovom znatno većom snagom, što je posljedica visoke stope razgradnje i resinteze visokoenergetskih fosfata.

Koncentracija ATP i CF kod muškaraca i žena je skoro ista - oko 4 mmol/kg ATP i 16 mmol/kg CF. Međutim, ukupna količina fosfogena koja se može koristiti u mišićnoj aktivnosti značajno je veća kod muškaraca nego kod žena, zbog velikih razlika u ukupnom volumenu skeletnih mišića. Prirodno, muškarci imaju mnogo veći kapacitet alaktičkog anaerobnog sistema za snabdevanje energijom.

U zaključku, treba napomenuti da osobe sa visokim nivoom alaktičke anaerobne produktivnosti, u pravilu, imaju nizak aerobni kapacitet, izdržljivost za dugotrajan rad. U isto vrijeme, kod trkača na duge staze, alaktičke anaerobne sposobnosti ne samo da nisu uporedive s onima sprintera, već su često inferiorne u odnosu na one zabilježene kod nesportista.

Opće karakteristike energetskih sistema za mišićnu aktivnost

Energija je, kao što znate, opća kvantitativna mjera koja povezuje sve prirodne pojave, različite oblike kretanja materije. Od svih vrsta energije koje se stvaraju i koriste u različitim fizičkim procesima (termičkim, mehaničkim, hemijskim itd.) u odnosu na mišićnu aktivnost, glavnu pažnju treba usmjeriti na hemijsku energiju tijela, čiji je izvor hrana i njegova transformacija u mehaničku energiju motoričke aktivnosti.osoba.

Energija koja se oslobađa prilikom razgradnje hrane koristi se za proizvodnju adenozin trifosfata (ATP), koji se taloži u mišićnim ćelijama i predstavlja svojevrsno gorivo za proizvodnju mehaničke energije mišićne kontrakcije.

Energija za mišićnu kontrakciju dolazi od razgradnje adenozin trifosfata (ATP) do adenozin difosfata (ADP) i neorganskog fosfata (P). Količina ATP-a u mišićima je mala i dovoljna je za rad visokog intenziteta samo 1-2 s. Za nastavak rada neophodna je resinteza ATP-a, koja se proizvodi zahvaljujući reakcijama tri vrste oslobađanja energije. Dopunjavanje rezervi ATP-a u mišićima omogućava vam da održavate konstantan nivo njegove koncentracije, što je neophodno za potpunu kontrakciju mišića.

Resinteza ATP-a se ostvaruje i u anaerobnim i u aerobnim reakcijama uz učešće rezervi kreatin fosfata (CP) i ADP sadržanih u mišićnom tkivu kao izvora energije, kao i energetski bogatih supstrata (mišićni i jetreni glikogen, rezerve lipoznog tkiva itd.) . Hemijske reakcije koje dovode do snabdijevanja mišića energijom odvijaju se u tri energetska sistema: 1) anaerobni alaktat, 2) anaerobni laktat (glikolitički), 3) aerobni.

Formiranje energije u prva dva sistema odvija se u procesu hemijskih reakcija koje ne zahtevaju prisustvo kiseonika. Treći sistem obezbeđuje snabdevanje energijom mišićne aktivnosti kao rezultat oksidacionih reakcija koje se odvijaju uz učešće kiseonika. Najopštije ideje o redoslijedu prebacivanja i kvantitativnim odnosima u opskrbi energijom mišićne aktivnosti svakog od ovih sistema prikazane su na sl. jedan.

Mogućnosti svakog od ovih energetskih sistema određene su snagom, odnosno brzinom oslobađanja energije u metaboličkim procesima, i kapacitetom koji je određen veličinom i efikasnošću upotrebe supstratnih sredstava.

Rice. Slika 1. Redosled i kvantitativni odnosi procesa snabdevanja energijom mišićne aktivnosti kod kvalifikovanih sportista u različitim energetskim sistemima (šema): 1 - alaktički; 2 - laktat; 3 - aerobik

Pokret bilo kojeg zgloba odvija se zbog kontrakcija skeletnih mišića. Sljedeći dijagram prikazuje energetski metabolizam u mišićima.

Kontraktilna funkcija svih vrsta mišića je posljedica pretvaranja kemijske energije određenih biohemijskih procesa u mehanički rad u mišićnim vlaknima. Hidroliza adenozin trifosfata (ATP) daje mišiću ovu energiju.

Od snabdijevanja mišića ATP mali, potrebno je aktivirati metaboličke puteve za resintezu ATP tako da nivo sinteze odgovara cijeni mišićne kontrakcije. Generisanje energije za rad mišića može se vršiti anaerobno (bez upotrebe kiseonika) i aerobno. ATP sintetiziran iz adenozin difosfata ( ADP) kroz energiju kreatin fosfata, anaerobnu glikolizu ili oksidativni metabolizam. dionice ATP u mišićima su relativno zanemarivi i mogu biti dovoljni samo za 2-3 sekunde intenzivnog rada.

kreatin fosfat

Zalihe kreatin fosfata ( KrF) ima više rezervi u mišićima ATP i mogu se anaerobno brzo pretvoriti u ATP. KrF- "najbrža" energija u mišićima (pruža energiju u prvih 5-10 sekundi vrlo snažnog, eksplozivnog rada snage snage, na primjer, prilikom podizanja utege). Nakon isteka zaliha KrF tijelo prelazi na razgradnju mišićnog glikogena, što omogućava duži (do 2-3 minute), ali manje intenzivan (tri puta) rad.

glikoliza

Glikoliza je oblik anaerobnog metabolizma koji osigurava resintezu ATP i KrF zbog reakcija anaerobne razgradnje glikogena ili glukoze do mliječne kiseline.

KrF smatra se gorivom za brzo oslobađanje koje se regeneriše ATP, kojih je u mišićima neznatna količina i stoga KrF je glavni energetski napitak na nekoliko sekundi. Glikoliza je složeniji sistem koji može funkcionisati dugo vremena, pa je njen značaj od suštinskog značaja za duže aktivno delovanje. KrF ograničen na njen mali broj. Glikoliza, s druge strane, ima mogućnost relativno dugotrajnog snabdijevanja energijom, ali, proizvodeći mliječnu kiselinu, njome puni motorne stanice i zbog toga ograničava mišićnu aktivnost.

Oksidativni metabolizam

Povezuje se sa mogućnošću obavljanja posla usled oksidacije energetskih supstrata, koji se mogu koristiti kao ugljeni hidrati, masti, proteini, uz povećanje isporuke i iskorišćenja kiseonika u radnim mišićima.

Za popunjavanje hitnih i kratkoročnih rezervi energije i obavljanje dugotrajnog rada, mišićna ćelija koristi takozvane dugotrajne izvore energije. To uključuje glukozu i druge monosaharide, aminokiseline, masne kiseline, glicerolne komponente hrane koje se dostavljaju mišićnoj ćeliji kroz kapilarnu mrežu i učestvuju u oksidativnom metabolizmu. Ovi izvori energije stvaraju formaciju ATP kombinovanjem korišćenja kiseonika sa oksidacijom nosača vodonika u mitohondrijskom sistemu za transport elektrona.

U procesu potpune oksidacije jednog molekula glukoze sintetizira se 38 molekula ATP. Kada uporedite anaerobnu glikolizu sa aerobnom razgradnjom ugljikohidrata, možete vidjeti da je aerobni proces 19 puta efikasniji.

Prilikom obavljanja kratkotrajne intenzivne fizičke aktivnosti, glavni izvori energije su KrF, glikogen i glukoza skeletnih mišića. U ovim uslovima, glavni faktor ograničava obrazovanje ATP, možemo pretpostaviti odsustvo potrebne količine kiseonika. Intenzivna glikoliza dovodi do nakupljanja velike količine mliječne kiseline u skeletnim mišićima, koja postupno difundira u krv i prenosi se u jetru. Visoke koncentracije mliječne kiseline postaju važan faktor u regulacionom mehanizmu koji inhibira razmjenu slobodnih masnih kiselina tokom vježbanja u trajanju od 30-40 sekundi.

Kako se trajanje fizičke aktivnosti povećava, dolazi do postepenog smanjenja koncentracije inzulina u krvi. Ovaj hormon aktivno učestvuje u regulaciji metabolizma masti i u visokim koncentracijama inhibira aktivnost lipaza. Smanjenje koncentracije inzulina tijekom dužeg fizičkog napora dovodi do povećanja aktivnosti inzulinsko-ovisnih enzimskih sistema, što se očituje u povećanju procesa lipolize i povećanju oslobađanja masnih kiselina iz depoa.

Važnost ovog regulatornog mehanizma postaje očigledna kada sportisti naprave najčešću grešku. Često, pokušavajući da organizmu obezbede lako probavljive izvore energije, sat vremena pre početka takmičenja ili treninga uzimaju obrok bogat ugljenim hidratima ili koncentrovano piće koje sadrži glukozu. Takva zasićenost tijela lako probavljivim ugljikohidratima dovodi nakon 15-20 minuta do povećanja razine glukoze u krvi, a to zauzvrat uzrokuje pojačano oslobađanje inzulina od strane stanica gušterače. Povećanje koncentracije ovog hormona u krvi dovodi do povećanja potrošnje glukoze kao izvora energije za mišićnu aktivnost. U konačnici, umjesto energetski bogatih masnih kiselina, tijelo se troši ugljikohidrati. Dakle, uzimanje glukoze sat vremena prije početka može značajno utjecati na sportske performanse i smanjiti izdržljivost na dugotrajno vježbanje.

Aktivno učešće slobodnih masnih kiselina u energetskom snabdevanju mišićne aktivnosti omogućava ekonomičnije obavljanje dugotrajne fizičke aktivnosti. Povećanje procesa lipolize tijekom vježbanja dovodi do oslobađanja masnih kiselina iz masnih depoa u krv, a one se mogu dostaviti skeletnim mišićima ili koristiti za formiranje krvnih lipoproteina. U skeletnim mišićima, slobodne masne kiseline ulaze u mitohondrije, gdje prolaze kroz sekvencijsku oksidaciju povezanu s fosforilacijom i sintezom ATP.

Svaku od navedenih bioenergetskih komponenti fizičkih performansi karakterišu kriterijumi snage, kapaciteta i efikasnosti (Tabela 1).

Tabela 1. Glavne bioenergetske karakteristike metaboličkih procesa – izvori energije tokom mišićne aktivnosti

Kriterijum snage procjenjuje maksimalnu količinu energije po jedinici vremena koju može obezbijediti svaki od metaboličkih sistema.

Kriterij kapaciteta procjenjuje ukupne rezerve energetskih supstanci koje su dostupne za korištenje u tijelu, odnosno ukupnu količinu rada obavljenog zbog ove komponente.

Kriterijum efikasnosti pokazuje koliki se vanjski (mehanički) rad može obaviti za svaku jedinicu potrošene energije.

Od velikog značaja je odnos proizvodnje aerobne i anaerobne energije pri obavljanju poslova različitog intenziteta. Na primjeru trčanja iz atletike ovaj omjer se može prikazati (tabela 2)

Tabela 2. Relativni doprinos mehanizama proizvodnje aerobne i anaerobne energije pri izvođenju jednog rada maksimalnog intenziteta različitog trajanja