¿Qué hace que una persona se mueva? ¿Qué es el intercambio de energía? ¿De dónde viene la energía del cuerpo? ¿Cuánto tiempo va a durar? ¿A qué carga física, qué energía se consume? Hay muchas preguntas, como puedes ver. Pero sobre todo aparecen cuando empiezas a estudiar este tema. Intentaré hacer la vida más fácil a los más curiosos y ahorrar tiempo. Vamos…

Metabolismo energético: un conjunto de reacciones de división de sustancias orgánicas, acompañadas de la liberación de energía.

Para proporcionar movimiento (filamentos de actina y miosina en el músculo), el músculo requiere trifosfato de adenosina (ATP). Cuando se rompen los enlaces químicos entre los fosfatos, se libera energía, que es utilizada por la célula. En este caso, el ATP pasa a un estado con menor energía en Adenosina Difosfato (ADP) y Fósforo inorgánico (P)

Si el músculo funciona, el ATP se divide constantemente en ADP y fósforo inorgánico, mientras se libera energía (alrededor de 40-60 kJ/mol). Para el trabajo a largo plazo, es necesario restaurar ATP a la velocidad a la que la célula utiliza esta sustancia.

Las fuentes de energía utilizadas para el trabajo a corto plazo, a corto plazo y a largo plazo son diferentes. La energía se puede generar tanto de forma anaeróbica (sin oxígeno) como aeróbica (de forma oxidativa). ¿Qué cualidades desarrolla un atleta cuando entrena en la zona aeróbica o anaeróbica?, escribí en el artículo ““.

Existen tres sistemas energéticos que aseguran el trabajo físico de una persona:

1. Alactato o fosfagénico (anaeróbico). Se asocia con los procesos de resíntesis de ATP principalmente debido al compuesto de fosfato de alta energía: el fosfato de creatina (CrP).
2. Glicolítico (anaeróbico). Proporciona resíntesis de ATP y CRF debido a las reacciones de degradación anaeróbica de glucógeno y/o glucosa a ácido láctico (lactato).
3. Aeróbico (oxidativo). La capacidad de realizar trabajo debido a la oxidación de carbohidratos, grasas, proteínas mientras aumenta el suministro y la utilización de oxígeno en los músculos que trabajan.

Fuentes de energía para el trabajo a corto plazo.

La energía rápidamente disponible para el músculo es proporcionada por la molécula ATP (trifosfato de adenosina). Esta energía es suficiente para 1-3 segundos. Esta fuente se utiliza para un trabajo instantáneo, máximo esfuerzo.

ATP + H2O ⇒ ADP + F + Energía

En el organismo, el ATP es una de las sustancias que más se actualiza; Por lo tanto, en humanos, la vida útil de una molécula de ATP es de menos de 1 minuto. Durante el día, una molécula de ATP pasa por una media de 2000-3000 ciclos de resíntesis (el cuerpo humano sintetiza unos 40 kg de ATP al día, pero contiene unos 250 g en cada momento), es decir, prácticamente no hay reserva de ATP. en el cuerpo, y para la vida normal es necesario sintetizar constantemente nuevas moléculas de ATP.

Se repone con ATP debido a la CRP (fosfato de creatina), esta es la segunda molécula de fosfato, que tiene una alta energía en el músculo. CrF dona la molécula de Fosfato a la molécula de ADP para la formación de ATP, asegurando así la capacidad de trabajo del músculo por un tiempo determinado.

Se parece a esto:

ADP+ CrF ⇒ ATP + Cr

El stock de KrF dura hasta 9 seg. trabaja. En este caso, la potencia máxima cae en 5-6 segundos. Los velocistas profesionales intentan aumentar aún más este tanque (reserva de CrF) entrenando hasta 15 segundos.

Tanto en el primer caso como en el segundo, el proceso de formación de ATP ocurre en modo anaeróbico, sin la participación de oxígeno. La resíntesis de ATP debida a CRF se lleva a cabo casi instantáneamente. Este sistema tiene la mayor potencia en comparación con el glicolítico y el aeróbico y proporciona un trabajo de carácter "explosivo" con máximas contracciones musculares en términos de fuerza y ​​velocidad. Así es como se ve el metabolismo energético durante el trabajo a corto plazo, en otras palabras, así es como funciona el sistema de suministro de energía aláctica del cuerpo.

Fuentes de energía para periodos cortos de trabajo.

¿De dónde viene la energía para el cuerpo durante el trabajo corto? En este caso, la fuente es un carbohidrato animal, que se encuentra en los músculos y el hígado humano: el glucógeno. El proceso por el cual el glucógeno promueve la resíntesis de ATP y la liberación de energía se denomina Glicólisis anaeróbica(Sistema de suministro de energía glicolítica).

glucólisis- Este es el proceso de oxidación de la glucosa, en el que se forman dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato) a partir de una molécula de glucosa. Es posible un mayor metabolismo del ácido pirúvico de dos maneras: aeróbica y anaeróbica.

Durante el trabajo aeróbico El ácido pirúvico (piruvato) está involucrado en el metabolismo y muchas reacciones bioquímicas en el cuerpo. Se convierte en acetil-coenzima A, que participa en el ciclo de Krebs proporcionando respiración en la célula. En los eucariotas (células de organismos vivos que contienen un núcleo, es decir, en células humanas y animales), el ciclo de Krebs tiene lugar dentro de las mitocondrias (MX, esta es la estación de energía de la célula).

ciclo de Krebs(ciclo del ácido tricarboxílico) - un paso clave en la respiración de todas las células que usan oxígeno, es el centro de la intersección de muchas vías metabólicas en el cuerpo. Además del papel energético, el ciclo de Krebs tiene una importante función plástica. Al participar en procesos bioquímicos, ayuda a sintetizar compuestos celulares tan importantes como aminoácidos, carbohidratos, ácidos grasos, etc.

Si el oxígeno no es suficiente, es decir, el trabajo se lleva a cabo en modo anaeróbico, luego el ácido pirúvico en el cuerpo sufre una escisión anaeróbica con la formación de ácido láctico (lactato)

El sistema anaeróbico glicolítico se caracteriza por una alta potencia. Este proceso comienza casi desde el comienzo del trabajo y alcanza el poder en 15-20 segundos. trabajo de máxima intensidad, y esta potencia no puede ser mantenida por más de 3 - 6 minutos. Para los principiantes, que recién comienzan a practicar deportes, la potencia apenas es suficiente para 1 minuto.

Los sustratos energéticos para proporcionar energía a los músculos son los carbohidratos: glucógeno y glucosa. El suministro total de glucógeno en el cuerpo humano durante 1-1,5 horas de trabajo.

Como se mencionó anteriormente, como resultado de la alta potencia y duración del trabajo anaeróbico glicolítico, se forma una cantidad significativa de lactato (ácido láctico) en los músculos.

Glucógeno ⇒ ATP + Ácido láctico

El lactato de los músculos penetra en la sangre y se une a los sistemas amortiguadores de la sangre para preservar el entorno interno del cuerpo. Si el nivel de lactato en la sangre aumenta, es posible que los sistemas amortiguadores en algún momento no puedan hacer frente, lo que provocará un cambio en el equilibrio ácido-base hacia el lado ácido. Con la acidificación, la sangre se espesa y las células del cuerpo no pueden recibir el oxígeno y la nutrición necesarios. Como resultado, esto provoca la inhibición de enzimas clave de la glucólisis anaeróbica, hasta la inhibición completa de su actividad. La velocidad de la glucólisis en sí, el proceso anaeróbico aláctico y la potencia de trabajo disminuyen.

La duración del trabajo en modo anaeróbico depende del nivel de concentración de lactato en la sangre y del grado de resistencia de los músculos y la sangre a los cambios de ácido.

La capacidad amortiguadora de la sangre es la capacidad de la sangre para neutralizar el lactato. Cuanto más entrenada está una persona, más capacidad amortiguadora tiene.

Fuentes de energía para operación continua.

Las fuentes de energía para el cuerpo humano durante el trabajo aeróbico prolongado, necesarias para la formación de ATP, son el glucógeno muscular, la glucosa en sangre, los ácidos grasos y la grasa intramuscular. Este proceso se desencadena por un trabajo aeróbico prolongado. Por ejemplo, la quema de grasas (oxidación de grasas) en corredores novatos comienza después de 40 minutos de carrera en la 2ª zona de frecuencia cardíaca (ZZ). En los atletas, el proceso de oxidación comienza ya a los 15-20 minutos de carrera. La grasa en el cuerpo humano es suficiente para 10-12 horas de trabajo aeróbico continuo.

Cuando se expone al oxígeno, las moléculas de glucógeno, glucosa y grasa se descomponen, sintetizando ATP con la liberación de dióxido de carbono y agua. La mayoría de las reacciones ocurren en las mitocondrias de la célula.

Glucógeno + Oxígeno ⇒ ATP + Dióxido de Carbono + Agua

La formación de ATP utilizando este mecanismo es más lenta que con la ayuda de fuentes de energía utilizadas en trabajos a corto y corto plazo. Pasan de 2 a 4 minutos antes de que la necesidad de ATP de la célula se satisfaga por completo mediante el proceso aeróbico discutido. Este retraso se debe a que el corazón necesita tiempo para comenzar a aumentar su suministro de sangre rica en oxígeno a los músculos al ritmo necesario para satisfacer las necesidades de ATP del músculo.

Grasa + Oxígeno ⇒ ATP + Dióxido de Carbono + Agua

La fábrica de oxidación de grasas del cuerpo es la que más energía consume. Desde la oxidación de los carbohidratos, se producen 38 moléculas de ATP a partir de 1 molécula de glucosa. Y con la oxidación de 1 molécula de grasa - 130 moléculas de ATP. Pero sucede mucho más lentamente. Además, la producción de ATP por oxidación de grasas requiere más oxígeno que la oxidación de carbohidratos. Otra característica de la fábrica aeróbica oxidativa es que gana impulso gradualmente, a medida que aumenta el suministro de oxígeno y aumenta la concentración de ácidos grasos liberados del tejido adiposo en la sangre.

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Si imaginamos todos los sistemas productores de energía (metabolismo energético) en el cuerpo en forma de tanques de combustible, entonces se verían así:

1. El tanque más pequeño es el de Fosfato de Creatina (es como gasolina 98). Está, por así decirlo, más cerca del músculo y comienza a trabajar rápidamente. Esta "gasolina" es suficiente para 9 segundos. trabaja.
2. Tanque mediano - Glucógeno (gasolina 92). Este tanque está ubicado un poco más lejos en el cuerpo y el combustible proviene de 15 a 30 segundos de trabajo físico. Este combustible es suficiente para 1-1,5 horas de trabajo.
3. Tanque grande - Grasa (combustible diesel). Este tanque está lejos y tomará de 3 a 6 minutos antes de que el combustible comience a fluir de él. Reserva de grasa en el cuerpo humano para 10-12 horas de trabajo aeróbico intensivo.

No se me ocurrió todo esto, pero tomé extractos de libros, literatura, recursos de Internet y traté de transmitirlo de manera concisa. Si tiene alguna pregunta, escriba.

Considere el sistema de energía del cuerpo con más detalle.

El científico estadounidense Albert Szent-Györgyi escribió que la vida es un proceso continuo de absorción, transformación y movimiento de energía de varios tipos y valores.

Este proceso está más directamente relacionado con las propiedades eléctricas de la materia viva y, más específicamente, con su conductividad eléctrica.

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas. Los portadores de cargas eléctricas pueden ser electrones, iones y huecos (en semiconductores). Los semiconductores también se caracterizan por la conducción de impurezas. Cuando se agrega un átomo de otro elemento a un cristal semiconductor, su conductividad aumenta. Las propiedades de los semiconductores son muy interesantes. Son muy sensibles a la acción de la luz, el calor, la radiación, etc. Si, por ejemplo, la luz cae sobre un semiconductor, entonces su conductividad aumenta considerablemente, porque. los electrones de la banda de valencia se “desprenden” del núcleo del átomo y proporcionan conductividad electrónica. La materia viva es muy similar a un semiconductor. Sin embargo, hay una diferencia muy fundamental. En las macromoléculas vivas, la energía de enlace es de unos pocos electronvoltios, mientras que la energía de enlace en soluciones o cristales líquidos es de unos 20-30 eV. Esta propiedad es muy importante, ya que permite una alta sensibilidad. La conducción se lleva a cabo mediante electrones que pasan de una molécula a otra debido al efecto túnel. En proteínas y otros objetos biológicos, la movilidad de los portadores de carga es muy alta. En el sistema de enlaces carbono-oxígeno e hidrógeno-nitrógeno, un electrón (excitado) se desplaza por todo el sistema de la molécula de proteína debido al efecto túnel. Dado que la movilidad de tales electrones es muy alta, la conductividad del sistema proteico es alta.

En un organismo vivo, también se lleva a cabo la conducción iónica. La formación y separación de iones en la materia viva se ve facilitada por la presencia de agua en el sistema proteico. La constante dieléctrica del sistema proteico depende de ello. Los portadores de carga en este caso son iones de hidrógeno, protones. Solo en un organismo vivo todos los tipos de conducción se realizan simultáneamente. La relación entre las diferentes conductividades varía según la cantidad de agua en el sistema proteico. A menos agua, menos conductividad iónica. Si las proteínas se secan, entonces la conducción se lleva a cabo mediante electrones.

En general, la influencia del agua no es solo que sea una fuente de iones de hidrógeno y, por lo tanto, proporcione la posibilidad de conducción iónica. El agua juega un papel más complejo en el cambio de la conductividad general. El hecho es que el agua es un donante de impurezas. Suministra electrones (cada molécula de agua se descompone en un protón (núcleo) y un electrón). Como resultado, los electrones llenan los huecos, por lo que la conductividad del hueco disminuye. Se encoge un millón de veces. Posteriormente, estos electrones se transfieren a las proteínas y se restaura la posición, pero no completamente. La conductividad total después de esto sigue siendo 10 veces menor que antes de la adición de agua.

Es posible agregar a los sistemas de proteínas no solo un donante, sino también un aceptor, lo que conduciría a un aumento en el número de agujeros. Se ha establecido que tal aceptor es, en particular, el cloranilo, una sustancia que contiene cloro.

Como resultado, la conductividad del hueco aumenta tanto que la conductividad total del sistema proteico aumenta por un factor de un millón.

Los ácidos nucleicos también juegan un papel importante en el organismo vivo. A pesar de que su estructura, enlaces de hidrógeno, etc. difieren de los de los sistemas biológicos, existen sustancias (no biológicas) con propiedades electrofísicas fundamentalmente similares. En particular, tal sustancia es el grafito. Su energía de enlace, como la de las proteínas, es baja y la conductividad específica es alta, aunque varios órdenes de magnitud inferior a la de las proteínas. Pero las propiedades electrofísicas de los aminoácidos son generalmente fundamentalmente las mismas que las propiedades de las proteínas.

Pero los aminoácidos en la composición de un organismo vivo también tienen propiedades que las proteínas no tienen. Estas son propiedades muy importantes. Gracias a ellos, las influencias mecánicas en ellos se convierten en electricidad. Esta propiedad de la materia en física se llama piezoeléctrica. En los ácidos nucleicos de un organismo vivo, la acción térmica también conduce a la formación de electricidad (termoelectricidad). Ambas propiedades están determinadas por la presencia de agua. Está claro que estas propiedades varían con la cantidad de agua. El uso de estas propiedades en la organización y funcionamiento de un organismo vivo es obvio. Entonces, la acción de los bastones de la retina visual se basa en la dependencia de la conductividad de la iluminación. Pero las moléculas de los organismos vivos también tienen conductividad electrónica, como los metales.

Las propiedades electrofísicas de los sistemas de proteínas y moléculas nucleicas se manifiestan solo en dinámica, solo en un organismo vivo. Con el inicio de la muerte, la actividad electrofísica desaparece muy rápidamente. Esto se debe a que el movimiento de los portadores de carga se ha detenido.

A partir de una comparación de las propiedades eléctricas de los sistemas de proteínas y aminoácidos con los semiconductores, se puede tener la impresión de que las propiedades eléctricas de uno y otro son las mismas. Esto no es enteramente verdad. Aunque en los sistemas de proteínas de un organismo vivo hay conductividad electrónica, de agujeros e iónica, están interconectados de una manera más compleja que en los semiconductores inorgánicos y orgánicos. Allí, estas conductividades simplemente se suman y se obtiene la conductividad final total. En los organismos vivos, tal suma aritmética de conductividades es inaceptable. Aquí 1 + 1 # 2. No hay nada extraño en eso. Esto sugiere que estas conductividades no son independientes entre sí. Sus cambios mutuos van acompañados de procesos que modifican la conductividad general de acuerdo con una ley más compleja. Por lo tanto, cuando se habla de la conductividad electrónica (u otra) de los sistemas de proteínas, se agrega la palabra "específica". Los procesos que determinan las propiedades electrofísicas de los seres vivos son muy complejos. Simultáneamente con el movimiento de las cargas eléctricas, que determina la conductividad eléctrica, los campos electromagnéticos también actúan unos sobre otros. Las partículas elementales tienen momentos magnéticos, es decir, son imanes. Dado que estos imanes interactúan entre sí, se establece una cierta orientación de estas partículas como resultado de esta acción. Continuamente, las moléculas y los átomos cambian de estado: realizan transiciones continuas y abruptas (discretas) de un estado eléctrico a otro. Al recibir energía adicional, están emocionados. Estas transiciones afectan la movilidad de los portadores de carga en un organismo vivo. Así, la acción de los campos electromagnéticos cambia el movimiento de las partículas cargadas. Con la ayuda de estos portadores de carga, la información se transmite en el sistema nervioso central (SNC). Las señales en el sistema nervioso central que aseguran el funcionamiento de todo el organismo en su conjunto son los impulsos eléctricos. Pero se propagan mucho más lentamente que en los sistemas técnicos. Esto se debe a la complejidad del proceso. El organismo responde con una acción a cierta influencia externa solo después de haber recibido información sobre esta influencia. La respuesta del cuerpo es muy lenta porque las señales sobre las influencias externas se propagan lentamente. Así, la tasa de reacciones protectoras de un organismo vivo depende de las propiedades electrofísicas de la materia viva. Si los campos eléctricos y electromagnéticos actúan desde el exterior, esta reacción se ralentiza aún más. Esto se ha establecido tanto en experimentos de laboratorio como en el estudio de la influencia de los campos electromagnéticos durante las tormentas magnéticas en los sistemas vivos. Por cierto, si la reacción de un organismo vivo a las influencias externas fuera muchas veces más rápida, entonces una persona podría protegerse de muchas influencias, de las cuales ahora se está muriendo.

Hoy en día, la gente aún no conoce todas las propiedades de la compleja conductividad eléctrica de la materia viva. Pero está claro que esas propiedades fundamentalmente diferentes que son inherentes solo a los seres vivos dependen de ellos.

Para revelar la esencia de los fenómenos eléctricos en un organismo vivo, es necesario comprender el significado del potencial de un sistema biológico, biopotencial.

El potencial es una posibilidad de energía. Para arrancar un electrón de un átomo de hidrógeno, es necesario vencer las fuerzas que lo retienen en el átomo, es decir, se necesita energía para realizar este trabajo. La energía de las partículas elementales se mide en electronvoltios. La energía gastada en separar un electrón del núcleo de un átomo se llama potencial de ionización. Para el hidrógeno, es igual a 13 eV. Para átomos de diferentes elementos, tiene sus propios significados.

En las sustancias vivas, la energía de enlace en las moléculas es de 0,01-1 eV. En moléculas inanimadas 30-50 eV. Es muy difícil medir el potencial de ionización en moléculas biológicas debido a la pequeñez de los valores mínimos de la energía de los electrones. Por lo tanto, es mejor caracterizarlos no por valores absolutos (electronvoltios), sino por valores relativos. El potencial de ionización del agua se puede tomar como una unidad (estamos hablando del agua contenida en los sistemas biológicos). Ahora se pueden determinar los potenciales de ionización de todos los demás compuestos biológicos. Hay otra sutileza aquí. El átomo de hidrógeno tiene un solo electrón de valencia. Por lo tanto, su potencial de ionización es igual a la unidad. Si un átomo y una molécula son más complejos, entonces sus electrones tienen diferentes posibilidades energéticas de desprendimiento. En tales casos, el potencial de ionización se atribuye a los electrones de valencia, es decir, los electrones con la energía de enlace más baja.

En los sistemas biológicos, como resultado de una cierta distribución de las cargas eléctricas, existen campos eléctricos, por lo tanto, debido a las fuerzas de Coulomb, es posible la atracción y repulsión de las cargas eléctricas. La característica energética del campo eléctrico es la diferencia de potencial (Δj). La diferencia de potencial en los sistemas biológicos (biopotenciales) es muy pequeña, hasta 10 -6 eV. El valor de los biopotenciales es un indicador inequívoco del estado de un biosistema o de sus partes. Cambia si el cuerpo está en un estado patológico. En este caso, las reacciones de un organismo vivo a los factores ambientales cambian. Las propiedades electrofísicas de los compuestos biológicos también determinan la velocidad de reacción de un organismo vivo, tanto un todo único como sus analizadores individuales, a la acción de factores externos. La velocidad de procesamiento de la información en el cuerpo también depende de estas propiedades. Se estima por la magnitud de la actividad eléctrica.

Los fenómenos bioenergéticos a nivel de partículas elementales son la base de las principales funciones de un organismo vivo, sin estas funciones la vida es imposible. Los procesos energéticos en las células (conversión de energía y los procesos metabólicos bioquímicos más complejos) son posibles solo debido a la participación de electrones en ellos.

Los biopotenciales están estrechamente relacionados con la actividad eléctrica de un órgano determinado. Así, la actividad eléctrica del cerebro se caracteriza por la densidad espectral de biopotenciales e impulsos de voltaje de varias frecuencias. Se ha establecido que los siguientes biorritmos del cerebro (en Hz) son característicos de una persona: Ritmo delta - 0,5-3 Hz; Ritmo theta - 4-7 Hz; Ritmo alfa - 8-13 Hz; Ritmo beta - 14-35 Hz; Ritmo gamma - 36-55 Hz.

Hay, aunque de manera irregular, algunos ritmos con mayor frecuencia. La amplitud de los impulsos eléctricos del cerebro humano alcanza un valor significativo, hasta 500 μV.

Cualquiera que esté familiarizado con la electrónica sabe que a la hora de transmitir información y procesarla, no solo es importante la frecuencia de repetición de los pulsos y su amplitud, sino también la forma de los pulsos.

¿Cómo se forman estos impulsos? Sus características indican que no pueden ser creados por cambios en la conductividad iónica. En este caso, los procesos se desarrollan más lentamente, es decir, son más inerciales. Estos impulsos solo pueden formarse por el movimiento de electrones, cuya masa es mucho menor que la masa de los iones.

El papel de la forma de los impulsos eléctricos se puede entender con el ejemplo de la eficacia de la desfibrilación cardíaca. Resultó que la eficiencia de restaurar el trabajo del corazón depende de la forma del pulso del voltaje eléctrico aplicado. Su densidad espectral también es importante. Solo con una cierta forma de impulsos se restablece el movimiento normal de los portadores de carga en un organismo vivo, es decir, se restablece la conductividad eléctrica habitual, en la que es posible el funcionamiento normal del organismo.

En este método, los electrodos se aplican al cuerpo humano en el área del pecho. Pero los impulsos eléctricos en este caso actúan no solo directamente sobre el músculo cardíaco, sino también sobre el sistema nervioso central. Aparentemente, la segunda forma es la más efectiva, ya que las posibilidades del sistema nervioso central para influir en todos los órganos son las más amplias. Las órdenes a todos los órganos llegan más rápidamente a través del sistema nervioso central, ya que su conductividad eléctrica es mucho mayor que la conductividad eléctrica de los tejidos musculares y el sistema circulatorio. Así, el retorno de un organismo a la vida se produce si es posible restaurar las propiedades electrofísicas de la materia viva, o mejor dicho, los movimientos específicos de las cargas eléctricas con aquellas características que son inherentes a los sistemas vivos.

De importancia decisiva para la vida y el funcionamiento de un organismo vivo son precisamente las propiedades electrofísicas de un organismo vivo. Esto se evidencia por tales hechos.

Se ha establecido que si los factores irritantes actúan repentinamente sobre una persona, entonces la resistencia del cuerpo humano a la corriente eléctrica cambia dramáticamente. Es fundamentalmente importante que las influencias externas inesperadas puedan tener una naturaleza física diferente. Puede ser una luz brillante, el toque de un objeto caliente y un mensaje para una persona con información inesperada e importante para él. En todos los casos, el resultado es el mismo: aumenta la conductividad eléctrica del cuerpo humano. Este cambio también depende de la fuerza del factor externo. Pero en todos los casos, el aumento de la conductividad eléctrica se produce muy rápidamente, y su recuperación a los valores normales es mucho más lenta. Un cambio rápido en la conductividad eléctrica solo puede ocurrir debido a la electrónica.

Tomemos el impacto sobre una persona de un factor externo (corriente eléctrica). Las consecuencias de este impacto dependen no solo de su magnitud, sino del estado del sistema nervioso humano en ese momento. La muerte bajo la influencia de un factor externo ocurre si se altera la conductividad eléctrica del sistema nervioso central. Si, bajo la influencia de factores externos, se altera el movimiento de los portadores de carga en las células cerebrales, se produce un cese total o parcial del suministro de oxígeno a las células.

Por supuesto, esta pregunta es muy difícil. Ya se ha establecido que la conductividad eléctrica de diferentes organismos vivos y diferentes sistemas en un organismo vivo es diferente. Los órganos que deberían responder más rápidamente a los estímulos externos tienen la conducción menos inercial: electrónica y de huecos de electrones.

Ahora considere el sistema de energía del cuerpo.

Hay opiniones de varios científicos de que la energía ingresa al cuerpo, lo que garantiza su funcionamiento en su conjunto, así como todas sus partes constituyentes. Las cargas de energía pueden tener signos tanto positivos como negativos. En un organismo sano hay un equilibrio de elementos de energía positivos y negativos. Esto significa un equilibrio entre los procesos de excitación e inhibición. Cuando se altera el equilibrio entre los flujos de energía positiva y negativa, el cuerpo entra en un estado de enfermedad, ya que se altera el equilibrio del proceso de excitación e inhibición.

Fecha: 2010-03-28

No se puede realizar ningún movimiento sin gastar energía. La única fuente de energía universal y directa para la contracción muscular es el trifosfato de adenosina -ATP; sin él, los "puentes transversales" están desprovistos de energía y los filamentos de actina no pueden deslizarse a lo largo de los filamentos de miosina, no se produce la contracción de la fibra muscular. El ATP es un compuesto de fosfato (macroérgico) de alta energía, la descomposición (hidrólisis) de que libera alrededor de 10 kcal/kg de energía libre.Cuando el músculo se activa hay una mayor hidrólisis de ATP, por lo que la intensidad del metabolismo energético aumenta en 100-1000 veces en comparación con el nivel de reposo.Sin embargo, las reservas de ATP en los músculos son relativamente insignificantes y solo pueden ser suficientes para 2-3 segundos de trabajo intenso. En condiciones reales, para que los músculos puedan mantener su contractilidad durante mucho tiempo, debe haber una recuperación constante (resíntesis) de ATP en misma velocidad a la que se consume. Los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas se utilizan como fuentes de energía. Con la descomposición total o parcial de estas sustancias, parte de la energía acumulada se libera en sus enlaces químicos. Esta energía liberada I y proporciona la resíntesis de ATP (ver. mesa).

Reservas de energía de una persona (con un peso corporal de 75 kg)

Las capacidades bioenergéticas del cuerpo son el factor más importante que limita su rendimiento físico. La formación de energía para garantizar el trabajo muscular puede llevarse a cabo por vías anaeróbicas (sin oxígeno) y aeróbicas (oxidativas). Dependiendo de las características bioquímicas de los procesos que ocurren en este caso, se acostumbra distinguir tres sistemas energéticos generalizados que aseguran el desempeño físico de una persona:

anaeróbico aláctico, o fosfagénico, asociado con los procesos de resíntesis de ATP debido principalmente a la energía de otro compuesto de fosfato de alta energía: el fosfato de creatina (CrF);

anaeróbico glucolítico (láctico), proporcionando resíntesis de ATP y CRF debido a las reacciones de degradación anaeróbica de glucógeno o glucosa a ácido láctico (LA);

aerobio(oxidativo), asociado con la capacidad de realizar trabajo debido a la oxidación de sustratos energéticos, que pueden ser utilizados como carbohidratos, grasas, proteínas, al tiempo que aumenta el suministro y la utilización de oxígeno en los músculos que trabajan.

Cada uno de los componentes bioenergéticos enumerados del rendimiento físico se caracteriza por criterios potencia, capacidad y eficiencia(ver figura 1).

Arroz. 1. Dinámica de la tasa de procesos de suministro de energía en los músculos que trabajan según la duración del ejercicio (según N.I. Volkovov, 1986)

Criterio de poder estima la cantidad máxima de energía por unidad de tiempo que puede proporcionar cada uno de los sistemas metabólicos.

Criterio de capacidad evalúa las reservas totales de sustancias energéticas disponibles para su uso en el cuerpo, o la cantidad total de trabajo realizado debido a este componente.

Criterio de eficiencia muestra cuánto trabajo externo (mecánico) se puede realizar por cada unidad de energía gastada.

El sistema fosfagénico es la fuente de energía que se moviliza más rápidamente. La resíntesis de ATP debido al fosfato de creatina durante el trabajo muscular se lleva a cabo casi instantáneamente. Cuando el grupo fosfato se escinde del CRF, se libera una gran cantidad de energía, que se usa directamente para restaurar el ATP. Por lo tanto, CRF es la primera reserva de energía muscular utilizada como fuente inmediata de regeneración de ATP. ATP y CrF actúan como un único sistema de suministro de energía para la actividad muscular. Este sistema tiene la mayor potencia en comparación con los glicolíticos y aeróbicos, y juega el papel principal para garantizar un trabajo de máxima potencia a corto plazo, realizado con las máximas contracciones musculares en términos de fuerza y ​​​​velocidad: cuando se realizan esfuerzos de corta duración de un naturaleza "explosiva", arrebatos, tirones, como, por ejemplo, carreras, saltos, lanzamientos o puñetazos y patadas en el cuerpo a cuerpo, etc. La mayor potencia del proceso anaeróbico aláctico se logra en ejercicios de 5-6 segundos y en atletas muy entrenados alcanza un nivel de 3700 kJ/kg por minuto. Sin embargo, la capacidad de este sistema es pequeña debido a las reservas limitadas de ATP y CrF en los músculos. Al mismo tiempo, el tiempo de retención de la máxima potencia anaeróbica no depende tanto de la capacidad del sistema fosfagénico, sino de aquella parte del mismo que puede movilizarse cuando se trabaja a máxima potencia. La cantidad consumida de CRF durante los ejercicios de máxima potencia es solo alrededor de un tercio de sus reservas intramusculares totales. Por lo tanto, la duración de la potencia máxima no suele superar los 15-20 segundos, incluso para atletas altamente calificados.

Glicólisis anaeróbica comienza prácticamente desde el comienzo del trabajo, pero alcanza su potencia máxima solo después de 15-20 segundos de trabajo de máxima intensidad, y esta potencia no puede mantenerse por más de 2,5 - 3,0 minutos.

Anaeróbico glicolítico el sistema se caracteriza por una potencia suficientemente alta, alcanzando un nivel de aproximadamente 2500 kJ/kg por minuto en personas altamente capacitadas. Los sustratos energéticos son los carbohidratos: glucógeno y glucosa. El glucógeno almacenado en las células musculares y el hígado es una cadena de moléculas de glucosa (unidades de glucosa). Cuando se descompone el glucógeno, sus unidades de glucosa se escinden secuencialmente. Cada unidad de glucosa del glucógeno restaura 3 moléculas de ATP y una molécula de glucosa, solo 2 moléculas de ATP. De cada molécula de glucosa se forman 2 moléculas de ácido láctico (LA). Por lo tanto, con una alta potencia y duración del trabajo anaeróbico glicolítico, se forma una cantidad significativa de AU en los músculos. Al acumularse en las células musculares en funcionamiento, el AU se difunde fácilmente en la sangre y, hasta cierto grado de concentración, se une a los sistemas de amortiguamiento de la sangre para preservar el entorno interno del cuerpo (homeostasis). Si la cantidad de AU formado en el proceso de realizar el trabajo de una orientación anaeróbica glicolítica excede las capacidades de los sistemas de amortiguación de la sangre, esto conduce a su rápido agotamiento y provoca un cambio en el equilibrio ácido-base de la sangre hacia el lado ácido. . En última instancia, esto provoca la inhibición de enzimas clave de la glucólisis anaeróbica, hasta la inhibición completa de su actividad. Al mismo tiempo, la tasa de glucólisis también disminuye. Una acidificación significativa también conduce a una disminución en la tasa del proceso anaeróbico aláctico y una disminución general en la potencia de trabajo.

La duración del trabajo en un régimen anaeróbico glucolítico está principalmente limitada no por la cantidad (capacidad) de sus sustratos energéticos, sino por el nivel de concentración de AU y el grado de adaptación del tejido a los cambios de ácido en los músculos y la sangre. Durante la realización del trabajo muscular, proporcionado principalmente por la glucólisis anaeróbica, no se produce una depleción brusca de glucógeno muscular y glucosa en la sangre y el hígado. En el proceso de entrenamiento físico, la hipoglucemia (una disminución en la concentración de glucosa en la sangre) puede ocurrir por otras razones.Para un alto nivel de manifestación de la capacidad anaeróbica glucolítica (resistencia especial), el grado de adaptación del tejido a los cambios resultantes en el equilibrio ácido-base es fundamental. Aquí, el factor de estabilidad mental se destaca especialmente, lo que permite, con una intensa actividad muscular, mediante un esfuerzo volitivo, superar las sensaciones dolorosas en los músculos que trabajan que surgen con el desarrollo de la fatiga y continuar realizando el trabajo, a pesar del creciente deseo de detenerse. eso.

Al pasar del estado de reposo a la actividad muscular, la necesidad de oxígeno (su demanda) se multiplica muchas veces. Sin embargo, la actividad del sistema cardiorrespiratorio tarda al menos 1-2 minutos en aumentar para que la sangre oxigenada pueda llegar a los músculos que trabajan. El consumo de oxígeno por parte de los músculos que trabajan aumenta gradualmente, a medida que se intensifica la actividad de los sistemas de apoyo vegetativo. Con un aumento en la duración del ejercicio a 5-6 minutos, la velocidad de los procesos de generación de energía aeróbica aumenta rápidamente y, con un aumento en la duración del trabajo de más de 10 minutos, el suministro de energía se debe casi por completo a la energía aeróbica. procesos Sin embargo, el poder del sistema de suministro de energía aeróbico es aproximadamente 3 veces menor que el poder de fosfagénico, y 2 veces - el poder del sistema glucolítico anaeróbico (ver tabla)

Las principales características bioenergéticas de los procesos metabólicos: fuentes de energía durante la actividad muscular.

Al mismo tiempo, el mecanismo aeróbico de la resíntesis de ATP se caracteriza por la mayor productividad y eficiencia. En las condiciones de vida cotidianas, a veces representa más del 90% de la producción total de energía del cuerpo. En este caso, todos los nutrientes principales se utilizan como sustratos para la oxidación: carbohidratos, grasas en forma de aminoácidos. La contribución de las proteínas al volumen total de producción de energía aeróbica es muy pequeña. Pero los carbohidratos y las grasas se utilizan como sustratos para la oxidación aeróbica siempre que estén disponibles para los músculos.

La descomposición aeróbica de los carbohidratos hasta cierto punto (antes de la formación de ácido pirúvico) se lleva a cabo de la misma manera que en la glucólisis anaeróbica. Pero en condiciones aeróbicas, el ácido pirúvico no se convierte en ácido láctico, sino que se oxida más a dióxido de carbono y agua, que se excretan fácilmente del cuerpo. Al mismo tiempo, se forman finalmente 39 moléculas de ATP a partir de una unidad de glucosa de glucógeno. Por lo tanto, la oxidación de glucógeno aeróbica es más eficiente que la anaeróbica. Incluso se libera más energía durante la oxidación de las grasas. En promedio, 1 mol de una mezcla de varios ácidos grasos específicos del cuerpo humano proporciona la resintesis de 138 moles de ATP. Con el mismo peso de consumo de glucógeno y ácidos grasos, estos últimos aportan casi tres veces más energía que los hidratos de carbono. Las grasas, por tanto, tienen la mayor intensidad energética de todos los sustratos bioenergéticos (ver tabla)

Características generales del sistema de suministro de energía aeróbica

El sistema de suministro de energía aeróbico es significativamente inferior al de alactato y lactato en términos de poder de producción de energía, la tasa de inclusión en el suministro de actividad muscular, pero es muchas veces superior en capacidad y economía (Tabla 1).

Tabla número 1. Aporte energético del trabajo muscular.

Una característica del sistema aeróbico es que la formación de ATP en los orgánulos celulares-mitocondrias ubicados en el tejido muscular ocurre con la participación del oxígeno suministrado por el sistema de transporte de oxígeno. Esto predetermina la alta eficiencia del sistema aeróbico y las reservas bastante grandes de glucógeno en el tejido muscular y el hígado, así como reservas prácticamente ilimitadas de lípidos: su capacidad.

En la forma más simplificada, la actividad del sistema de suministro de energía aeróbica se lleva a cabo de la siguiente manera. En la primera etapa, como resultado de procesos complejos, tanto el glucógeno como los ácidos grasos libres (FFA) se convierten en acetil-coenzima A (acetil-CoA), la forma activa del ácido acético, lo que asegura que todos los procesos posteriores de generación de energía continúen. según un solo esquema. Sin embargo, antes de la formación de acetil-CoA, la oxidación de glucógeno y FFA se produce de forma independiente.

Todas las numerosas reacciones químicas que ocurren en el proceso de resíntesis de ATP aeróbico se pueden dividir en tres tipos: 1 - glucólisis aeróbica; 2 - ciclo de Krebs, 3 - sistema de transporte de electrones (Fig. 7).

Arroz. 7. Etapas de las reacciones de resíntesis de ATP en el proceso aeróbico

La primera etapa de las reacciones es la glucólisis aeróbica, que da como resultado la descomposición del glucógeno con la formación de CO2 y H2O. El curso de la glucólisis aeróbica ocurre de acuerdo con el mismo esquema que el curso de la glucólisis anaeróbica discutido anteriormente. En ambos casos, como resultado de reacciones químicas, el glucógeno se convierte en glucosa y la glucosa en ácido pirúvico con resíntesis de ATP. El oxígeno no participa en estas reacciones. La presencia de oxígeno se detecta más tarde cuando, con su participación, el ácido pirúvico no se convierte en ácido láctico en ácido láctico, y luego en lactato, que tiene lugar en el proceso de glucólisis anaeróbica, pero se envía al sistema aeróbico, al final. cuyos productos son dióxido de carbono (CO2), excretado del cuerpo por los pulmones, y agua (Fig. 8)

Arroz. 8. Curso esquemático de la glucólisis anaeróbica y aeróbica

La división de 1 mol de glucógeno en 2 moles de ácido pirúvico se produce con la liberación de energía suficiente para la resíntesis de 3 moles de ATP: Energía + 3ADP + Fn → 3ATP

Del ácido pirúvico formado como resultado de la descomposición del glucógeno, el CO2 se elimina inmediatamente, convirtiéndolo de un compuesto de tres carbonos en un compuesto de dos carbonos, que, combinado con la coenzima A, forma acetil-CoA, que se incluye en la segunda etapa de la formación de ATP aeróbico - el ciclo del ácido cítrico o el ciclo de Krebs.

En el ciclo de Krebs, ocurre una serie de reacciones químicas complejas, como resultado de lo cual se oxida el ácido pirúvico: la eliminación de iones de hidrógeno (H +) y electrones (e-), que eventualmente ingresan al sistema de transporte de oxígeno y participan en ATP. reacciones de resíntesis en la tercera etapa, formando CO2, que se difunde en la sangre y se transporta a los pulmones, desde donde se excreta del cuerpo. En el propio ciclo de Krebs, solo se forman 2 moles de ATP (Fig. 9).

Arroz. 9. Representación esquemática de la oxidación del carbono en el ciclo de Krebs

La tercera etapa tiene lugar en la cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria). Las reacciones que ocurren con la participación de coenzimas generalmente se reducen a las siguientes. Los iones de hidrógeno y los electrones liberados de las reacciones en el ciclo de Krebs y, en menor medida, en la glucólisis se transportan al oxígeno para formar agua como resultado. La energía liberada simultáneamente en una serie de reacciones acopladas se utiliza para la resíntesis de ATP. Todo el proceso que ocurre a lo largo de la cadena de transferencia de electrones al oxígeno se denomina fosforilación oxidativa. En los procesos que ocurren en la cadena respiratoria, se consume alrededor del 90% del oxígeno suministrado a las células y se forma la mayor cantidad de ATP. En total, el sistema de transporte de electrones oxidativo asegura la formación de 34 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucógeno.

La digestión y absorción de carbohidratos en el torrente sanguíneo se produce en el intestino delgado. En el hígado, se convierten en glucosa, que a su vez puede convertirse en glucógeno y depositarse en los músculos y el hígado, y también es utilizada por varios órganos y tejidos como fuente de energía para mantener la actividad. El cuerpo de un hombre sano con un nivel de condición física suficiente con un peso corporal de 75 kg contiene 500-550 g de carbohidratos en forma de glucógeno muscular (alrededor del 80%), glucógeno hepático (alrededor del 16-17%), sangre glucosa (3-4%), que corresponde a reservas energéticas del orden de 2000 - 2200 kcal.

El glucógeno hepático (90 - 100 g) se utiliza para mantener el nivel de glucosa en sangre necesario para garantizar el funcionamiento normal de varios tejidos y órganos. Con un trabajo aeróbico prolongado, que conduce al agotamiento de las reservas de glucógeno muscular, los músculos pueden utilizar parte del glucógeno hepático.

Debe tenerse en cuenta que las reservas de glucógeno muscular y hepático pueden aumentar significativamente bajo la influencia del entrenamiento y las manipulaciones nutricionales que involucran el agotamiento de carbohidratos y la subsiguiente saturación de carbohidratos. Bajo la influencia del entrenamiento y una nutrición especial, la concentración de glucógeno en el hígado puede aumentar 2 veces. Un aumento en la cantidad de glucógeno aumenta su disponibilidad y tasa de utilización durante el trabajo muscular subsiguiente.

Con actividad física prolongada de intensidad media, la formación de glucosa en el hígado aumenta de 2 a 3 veces en comparación con su formación en reposo. El trabajo prolongado y extenuante puede llevar a un aumento de 7 a 10 veces en la producción de glucosa en el hígado en comparación con los datos obtenidos en reposo.

La eficiencia del proceso de suministro de energía debido a las reservas de grasa está determinada por la tasa de lipólisis y la tasa de flujo sanguíneo en el tejido adiposo, lo que asegura una entrega intensiva de ácidos grasos libres (FFA) a las células musculares. Si el trabajo se realiza con una intensidad de 50 - 60% VO2 máx, hay un flujo sanguíneo máximo en el tejido adiposo, lo que contribuye a la entrada máxima de FFA en la sangre. Un trabajo muscular más intenso se asocia con una intensificación del flujo sanguíneo muscular con una disminución simultánea del suministro de sangre al tejido adiposo y, en consecuencia, con un deterioro en la entrega de FFA al tejido muscular.

Aunque la lipólisis se desarrolla durante la actividad muscular, sin embargo, ya en el minuto 30-40 de trabajo de intensidad media, su suministro de energía se realiza igualmente debido a la oxidación de carbohidratos y lípidos. La continuación adicional del trabajo, que conduce al agotamiento gradual de los recursos limitados de carbohidratos, está asociada con un aumento en la oxidación de FFA; por ejemplo, el aporte energético de la segunda mitad de una distancia de maratón en carrera a pie o en bicicleta de carretera (más de 100 km) está asociado principalmente al uso de grasas.

A pesar de que el aprovechamiento de la energía procedente de la oxidación de lípidos tiene una importancia real para garantizar la resistencia sólo durante una actividad muscular prolongada, desde los primeros minutos de trabajo con una intensidad superior al 60% del VO2máx, se produce una liberación de AGL de los triacilglicéridos, sus entrada y oxidación en los músculos que se contraen. Después de 30-40 minutos después del inicio del trabajo, la tasa de consumo de FFA aumenta 3 veces, y después de 3-4 horas de trabajo, 5-6 veces.

La utilización intramuscular de triglicéridos aumenta significativamente bajo la influencia del entrenamiento aeróbico. Esta reacción adaptativa se manifiesta tanto en la velocidad de despliegue del proceso de generación de energía debido a la oxidación de los FFA recibidos de los triceridos musculares, como en un aumento de su utilización por parte del tejido muscular.

Un efecto adaptativo igualmente importante del tejido muscular entrenado es aumentar su capacidad para utilizar las reservas de grasa. Entonces, después de un entrenamiento aeróbico de 12 semanas, la capacidad de utilizar los triglicéridos en los músculos activos aumentó considerablemente y alcanzó el 40 %.

El papel de las proteínas para la resíntesis de ATP no es esencial. Sin embargo, el esqueleto de carbono de muchos aminoácidos se puede utilizar como combustible energético en el proceso del metabolismo oxidativo, que se manifiesta durante cargas prolongadas de intensidad moderada, en las que la contribución del metabolismo proteico a la producción de energía puede alcanzar el 5-6% de el requerimiento total de energía.

Debido a las importantes reservas de glucosa y grasas en el cuerpo y la posibilidad ilimitada de consumir oxígeno del aire atmosférico, los procesos aeróbicos, al tener menos potencia que los anaeróbicos, pueden proporcionar trabajo durante mucho tiempo (es decir, su capacidad es muy grande con muy alta eficiencia). Los estudios muestran que, por ejemplo, en la carrera de maratón, debido al uso de glucógeno muscular, el trabajo muscular continúa durante 80 minutos. Se puede movilizar una cierta cantidad de energía a partir del glucógeno hepático. En total, esto puede proporcionar el 75% del tiempo necesario para superar la distancia del maratón. El resto de la energía proviene de la oxidación de los ácidos grasos. Sin embargo, su tasa de difusión desde la sangre hacia los músculos es limitada, lo que limita la producción de energía a partir de estos ácidos. La energía producida como resultado de la oxidación de FFA es suficiente para mantener la intensidad del trabajo muscular al nivel de 40–50% VO2max, mientras que la OMC, como los corredores de maratón más fuertes, es capaz de superar la distancia con una intensidad superior a 80– 90% VO2max, lo que indica un alto nivel de adaptación del sistema de suministro de energía aeróbico, que permite no solo asegurar la combinación óptima del uso de carbohidratos, grasas, aminoácidos individuales y metabolitos para la producción de energía, sino también el uso económico de glucógeno

Así, todo el conjunto de reacciones que proporcionan la oxidación aeróbica del glucógeno es el siguiente. En la primera etapa, como resultado de la glucólisis aeróbica, se forma ácido pirúvico y se resintetiza una cierta cantidad de ATP. En el segundo, en el ciclo de Krebs, se produce CO2 y se introducen iones de hidrógeno (H+) y electrones (e-) en el sistema de transporte de electrones, también con la resíntesis de una cierta cantidad de ATP. Y finalmente, la etapa final está asociada con la formación de H2O a partir de H+, e- y oxígeno con la liberación de energía utilizada para la resíntesis de la abrumadora cantidad de ATP. Las grasas y proteínas utilizadas como combustible para la resíntesis de ATP también pasan por el ciclo de Krebs y el sistema de transporte de electrones (Figura 10).

Arroz. 10. Representación esquemática del funcionamiento del sistema de suministro de energía aeróbica

Sistema de suministro de energía de lactato.

En el sistema de suministro de energía del lactato, la resíntesis de ATP se produce debido a la descomposición de la glucosa y el glucógeno en ausencia de oxígeno. Este proceso se conoce comúnmente como glucólisis anaeróbica. La glucólisis anaeróbica es un proceso químico mucho más complejo en comparación con los mecanismos de descomposición del fosfógeno en el sistema de suministro de energía aláctica. Implica una serie de reacciones secuenciales complejas, como resultado de las cuales la glucosa y el glucógeno se descomponen en ácido láctico, que se utiliza en una serie de reacciones acopladas para la resíntesis de ATP (Fig. 2).

Arroz. 2. Representación esquemática del proceso de glucólisis anaeróbica

Como resultado de la descomposición de 1 mol de glucosa, se forman 2 moles de ATP, y con la descomposición de 1 mol de glucógeno, se forman 3 moles de ATP. Simultáneamente con la liberación de energía en los músculos y fluidos corporales, se forma ácido pirúvico, que luego se convierte en ácido láctico. El ácido láctico se descompone rápidamente para formar su sal, lactato.

La acumulación de ácido láctico como resultado de la intensa actividad del mecanismo glicolítico conduce a una gran formación de lactato e iones de hidrógeno (H+) en los músculos. Como resultado, a pesar de la acción de los sistemas amortiguadores, el pH muscular disminuye gradualmente de 7,1 a 6,9 e incluso a 6,5 ​​- 6,4. El pH intracelular, a partir del nivel de 6,9 ​​- 6,8, ralentiza la intensidad de la reacción glucolítica de reposición de ATP, ya pH 6,5 - 6,4, se detiene la descomposición del glucógeno. Así, es el aumento de la concentración de ácido láctico en los músculos lo que limita la descomposición del glucógeno en la glucólisis anaeróbica.

A diferencia del sistema de suministro de energía aláctica, cuya potencia alcanza su máximo rendimiento ya en el primer segundo de funcionamiento, el proceso de activación de la glucólisis se desarrolla mucho más lentamente y alcanza valores altos de producción de energía solo en 5–10 segundos de operación. El poder del proceso glicolítico es significativamente inferior al poder del mecanismo de la creatina fosfoquinasa, sin embargo, es varias veces mayor en comparación con las capacidades del sistema de oxidación aeróbico. En particular, si el nivel de producción de energía de ATP debido a la descomposición de CF es de 9–10 mmol/kg m.s./s (masa de tejido fresco), entonces con la adición de la glucólisis, el volumen de ATP producido puede aumentar a 14 mmol/ kg m.s.t./s. Debido al uso de ambas fuentes de resíntesis de ATP durante un trabajo intensivo de 3 minutos, el sistema muscular humano es capaz de producir alrededor de 370 mmol/kg p.v. Al mismo tiempo, la glucólisis representa al menos el 80 % de la producción total. La potencia máxima del sistema anaeróbico de lactato se manifiesta a los 20-25 segundos de trabajo, y a los 30-60 segundos, la vía glucolítica de resíntesis de ATP es la principal en el aporte energético del trabajo.

La capacidad del sistema anaeróbico láctico asegura su participación predominante en la producción de energía cuando realiza un trabajo de hasta 30 a 90 s. Con un trabajo más prolongado, el papel de la glucólisis disminuye gradualmente, pero sigue siendo significativo incluso con un trabajo más prolongado, hasta 5-6 minutos. La cantidad total de energía que se forma debido a la glucólisis también se puede estimar visualmente mediante indicadores de lactato en sangre después de realizar un trabajo que requiere la máxima movilización del sistema de suministro de energía de lactato. En personas no entrenadas, la concentración límite de lactato en la sangre es de 11 a 12 mmol / l. Bajo la influencia del entrenamiento, la capacidad del sistema de lactato aumenta dramáticamente y la concentración de lactato en la sangre puede alcanzar 25 - 30 mmol/ly más.

Los valores máximos de formación de energía y lactato en sangre en las mujeres son un 30-40% inferiores en comparación con los hombres de la misma especialización deportiva. Los atletas jóvenes en comparación con los adultos se caracterizan por una baja capacidad anaeróbica. la concentración máxima de lactato en la sangre a las cargas límite de naturaleza anaeróbica en ellos no supera los 10 mmol/kg, que es 2-3 veces menor que en los atletas adultos.

Por lo tanto, las reacciones de adaptación del sistema anaeróbico de lactato pueden proceder en diferentes direcciones. Uno de ellos es un aumento de la movilidad del proceso glucolítico, que se manifiesta en una consecución mucho más rápida de su rendimiento máximo (de 15-20 a 5-8 s). La segunda reacción está asociada con un aumento en el poder del sistema glucolítico anaeróbico, lo que le permite producir una cantidad mucho mayor de energía por unidad de tiempo. La tercera reacción se reduce a un aumento de la capacidad del sistema y, por supuesto, del volumen total de energía producida, por lo que aumenta la duración del trabajo, principalmente proporcionado por la glucólisis.

Los valores máximos de lactato y pH en sangre arterial durante las competencias en algunos deportes se muestran en la Fig. 3.

Fig. 3. Los valores máximos de lactato y pH en sangre arterial en atletas que se especializan en varios deportes: a - carrera (400, 800 m); b - patinaje de velocidad (500, 1000m); c - remo (2000 m); d - nadar 100 m; e - trineo; e - ciclismo (100 km)
(Eindemann y Keul, 1977)

Dan una imagen bastante completa del papel de las fuentes de energía anaeróbica de lactato para lograr altos resultados deportivos en varios deportes y de las reservas adaptativas del sistema de glucólisis anaeróbica.

Al elegir la duración óptima del trabajo, que garantiza la máxima concentración de lactato en los músculos, se debe tener en cuenta que el contenido máximo de lactato se observa cuando se utilizan cargas extremas, cuya duración varía entre 1 y 6 minutos. El aumento de la duración del trabajo se asocia a una disminución de la concentración de lactato en los músculos.

Para seleccionar el método óptimo para aumentar la capacidad anaeróbica, es importante rastrear las características de la acumulación de lactato durante el trabajo intermitente de máxima intensidad. Por ejemplo, cargas extremas de un minuto con pausas de cuatro minutos conducen a un aumento permanente del lactato en sangre (Fig. 4) al tiempo que reducen el estado ácido-base (Fig. 5).

Arroz. 4. Cambio en la concentración de lactato en sangre durante el ejercicio máximo intermitente (ejercicio de un minuto a una intensidad del 95%, separado por períodos de descanso de 4 minutos) (Hermansen, Stenswold, 1972)

Arroz. 5. Cambios en el pH de la sangre durante cargas intermitentes de un minuto de máxima intensidad (Hollman, Hettinger, 1980)

Un efecto similar se observa al realizar ejercicios de máxima potencia de 15 - 20 segundos con pausas de unos 3 minutos (Fig. 6).

Arroz. 6. Dinámica de cambios bioquímicos en atletas durante la ejecución repetida de ejercicios de máxima potencia a corto plazo (N. Volkov et al., 2000)

Sistema de suministro de energía de alactato.

Este sistema de suministro de energía es el menos complejo, se caracteriza por un alto poder de liberación de energía y una corta duración de acción. La formación de energía en este sistema ocurre debido a la descomposición de compuestos de fosfato ricos en energía: trifosfato de adenosina (ATP) y fosfato de creatina (CP). La energía generada como resultado de la descomposición de ATP está completamente incluida en el proceso de suministro de energía para el trabajo ya en el primer segundo. Sin embargo, ya en el segundo segundo, el trabajo se realiza gracias al fosfato de creatina (CP), que se deposita en las fibras musculares y contiene compuestos de fosfato ricos en energía. La descomposición de estos compuestos conduce a una intensa liberación de energía. Los productos finales de la degradación de la CP son la creatina (Cr) y el fosfato inorgánico (Pn). La reacción es estimulada por la enzima creatina quinasa y esquemáticamente se ve así:

La energía liberada durante la descomposición de CP está disponible para el proceso de resíntesis de ATP, por lo tanto, la rápida descomposición de ATP durante la contracción muscular es seguida inmediatamente por su resíntesis a partir de ADP y Fn con la participación de la energía liberada durante la descomposición de CP:

Otro mecanismo del sistema de suministro de energía aláctica es la llamada reacción de la mioquinasa, que se activa durante una fatiga muscular significativa, cuando la tasa de división del ATP excede significativamente la tasa de su resíntesis. La reacción de la mioquinasa es estimulada por la enzima mioquinasa y consiste en la transferencia de un grupo fosfato de una molécula a otra y la formación de ATP y adenosina monofosfato (AMP):

El monofosfato de adenosina (AMP), que es un subproducto de la reacción de la miocinasa, contiene el último grupo fosfato y, a diferencia del ATP y el ADP, no puede utilizarse como fuente de energía. La reacción de la mioquinasa se activa en condiciones en las que, debido a la fatiga, otras vías para la resíntesis de ATP han agotado sus capacidades.

Las existencias de CF no se pueden reponer en el proceso de realización del trabajo. Para su resíntesis, solo se puede utilizar la energía liberada como resultado de la descomposición del ATP, lo que solo es posible en el período de recuperación después del final del trabajo.

El sistema de alactato, que se distingue por una tasa muy alta de liberación de energía, se caracteriza al mismo tiempo por una capacidad extremadamente limitada. El nivel de potencia anaeróbica aláctica máxima depende de la cantidad de fosfatos (ATP y CP) en los músculos y la tasa de su uso. Bajo la influencia del entrenamiento de velocidad, la potencia anaeróbica aláctica puede aumentar significativamente. Bajo la influencia de un entrenamiento especial, la potencia del sistema anaeróbico aláctico se puede aumentar en un 40-80%. Por ejemplo, 8 semanas de entrenamiento de velocidad en corredores dieron como resultado un aumento en el ATP y CP del músculo esquelético en reposo en aproximadamente un 10%.

Bajo la influencia del entrenamiento en los músculos, no solo aumenta la cantidad de ATP y Kf, sino que también aumenta significativamente la capacidad del tejido muscular para dividirlos. Otra reacción adaptativa que determina el poder del sistema anaeróbico aláctico es la aceleración de la resíntesis de fosfato debido a un aumento en la actividad de las enzimas, en particular, la creatina fosfoquinasa y la mioquinasa.

Bajo la influencia del entrenamiento, los indicadores de la capacidad máxima del sistema anaeróbico aláctico de suministro de energía también aumentan significativamente. La capacidad del sistema anaeróbico aláctico bajo la influencia de un entrenamiento específico a largo plazo puede aumentar 2,5 veces. Esto está confirmado por los indicadores de la deuda aláctica máxima de O2: para los atletas principiantes es de 21,5 ml/kg, para los atletas de alto nivel puede alcanzar los 54,5 ml/kg.

Un aumento en la capacidad del sistema energético aláctico también se manifiesta en la duración del trabajo de máxima intensidad. Por lo tanto, para las personas que no practican deportes, la potencia máxima del proceso anaeróbico aláctico, que se logra después de 0,5 a 0,7 s después del inicio del trabajo, se puede mantener durante no más de 7 a 10 s, luego para la clase superior. atletas que se especializan en disciplinas de velocidad, puede aparecer dentro de 15 a 20 s. Al mismo tiempo, una larga duración del trabajo se acompaña de una potencia significativamente mayor, lo que se debe a la alta tasa de descomposición y resíntesis de los fosfatos de alta energía.

La concentración de ATP y CF en hombres y mujeres es casi la misma: alrededor de 4 mmol/kg de ATP y 16 mmol/kg de CF. Sin embargo, la cantidad total de fosfógenos que se pueden utilizar en la actividad muscular es significativamente mayor en los hombres que en las mujeres, debido a las grandes diferencias en el volumen total de los músculos esqueléticos. Naturalmente, los hombres tienen una capacidad mucho mayor del sistema de suministro de energía anaeróbica aláctica.

En conclusión, cabe señalar que las personas con un alto nivel de productividad anaeróbica aláctica, por regla general, tienen baja capacidad aeróbica, resistencia para el trabajo a largo plazo. Al mismo tiempo, en los corredores de larga distancia, las capacidades anaeróbicas alácticas no solo no son comparables con las de los velocistas, sino que a menudo son inferiores a las registradas en los no atletas.

Características generales de los sistemas de suministro de energía para la actividad muscular

La energía, como saben, es una medida cuantitativa general que une todos los fenómenos de la naturaleza, diferentes formas de movimiento de la materia. De todos los tipos de energía generados y utilizados en diversos procesos físicos (térmicos, mecánicos, químicos, etc.) en relación con la actividad muscular, la principal atención debe centrarse en la energía química del cuerpo, cuya fuente son los alimentos y su transformacion en energia mecanica de la actividad motriz persona.

La energía liberada durante la descomposición de los alimentos se utiliza para producir trifosfato de adenosina (ATP), que se deposita en las células musculares y es una especie de combustible para la producción de energía mecánica de la contracción muscular.

La energía para la contracción muscular proviene de la descomposición del trifosfato de adenosina (ATP) en difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico (P). La cantidad de ATP en los músculos es pequeña y es suficiente para proporcionar un trabajo de alta intensidad solo durante 1-2 s. Para continuar el trabajo, es necesaria la resíntesis de ATP, que se produce debido a reacciones de liberación de energía de tres tipos. La reposición de las reservas de ATP en los músculos le permite mantener un nivel constante de su concentración, que es necesaria para una contracción muscular completa.

La resíntesis de ATP se proporciona tanto en reacciones anaeróbicas como aeróbicas con la participación de las reservas de fosfato de creatina (CP) y ADP contenidas en los tejidos musculares como fuentes de energía, así como sustratos ricos en energía (glucógeno muscular y hepático, reservas de tejido liposo, etc.) . Las reacciones químicas que conducen al suministro de energía a los músculos ocurren en tres sistemas de energía: 1) alactato anaeróbico, 2) lactato anaeróbico (glucolítico), 3) aeróbico.

La formación de energía en los dos primeros sistemas se lleva a cabo en el proceso de reacciones químicas que no requieren la presencia de oxígeno. El tercer sistema proporciona el suministro de energía de la actividad muscular como resultado de las reacciones de oxidación que ocurren con la participación del oxígeno. Las ideas más generales sobre la secuencia de cambio y las proporciones cuantitativas en el suministro de energía de la actividad muscular de cada uno de estos sistemas se muestran en la fig. uno.

Las capacidades de cada uno de estos sistemas de energía están determinadas por el poder, es decir, la tasa de liberación de energía en los procesos metabólicos, y la capacidad, que está determinada por el tamaño y la eficiencia del uso de fondos de sustrato.

Arroz. Fig. 1. La secuencia y las proporciones cuantitativas de los procesos de suministro de energía de la actividad muscular en atletas calificados en varios sistemas de energía (esquema): 1 - aláctico; 2 - lactato; 3 - aeróbico

El movimiento de cualquier articulación se lleva a cabo debido a las contracciones de los músculos esqueléticos. El siguiente diagrama muestra el metabolismo energético en un músculo.

La función contráctil de todos los tipos de músculos se debe a la conversión de la energía química de ciertos procesos bioquímicos en trabajo mecánico en las fibras musculares. La hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP) proporciona al músculo esta energía.

Dado que el suministro de músculos atp pequeño, es necesario activar vías metabólicas para la resíntesis atp de modo que el nivel de síntesis corresponda al costo de la contracción muscular. La generación de energía para el trabajo muscular se puede realizar de forma anaeróbica (sin el uso de oxígeno) y aeróbica. atp sintetizado a partir de difosfato de adenosina ( ADP) a través de la energía del fosfato de creatina, la glucólisis anaeróbica o el metabolismo oxidativo. Cepo atp en los músculos son relativamente insignificantes y solo pueden ser suficientes para 2-3 segundos de trabajo intenso.

Fosfato de creatina

Existencias de fosfato de creatina ( KrF) hay más reservas en el músculo atp y se pueden convertir anaeróbicamente rápidamente en atp. KrF- la energía "más rápida" en los músculos (proporciona energía en los primeros 5-10 segundos de un trabajo muy potente y explosivo de carácter energético, por ejemplo, al levantar una barra). Después de quedarse sin existencias KrF el cuerpo procede a la descomposición del glucógeno muscular, lo que proporciona un trabajo más prolongado (hasta 2-3 minutos), pero menos intenso (tres veces).

glucólisis

La glucólisis es una forma de metabolismo anaeróbico que proporciona resíntesis atp y KrF debido a las reacciones de degradación anaeróbica de glucógeno o glucosa a ácido láctico.

KrF considerado como un combustible de liberación rápida que regenera atp, que en los músculos es una cantidad insignificante y por lo tanto KrF es la principal bebida energética durante unos segundos. La glucólisis es un sistema más complejo que puede funcionar durante mucho tiempo, por lo que su importancia es fundamental para acciones activas más prolongadas. KrF limitado a su pequeño número. La glucólisis, por otro lado, tiene la oportunidad de un suministro de energía relativamente a largo plazo, pero, al producir ácido láctico, llena las células motoras con él y, por lo tanto, limita la actividad muscular.

Metabolismo oxidativo

Está asociado a la posibilidad de realizar trabajo debido a la oxidación de sustratos energéticos, que pueden ser utilizados como carbohidratos, grasas, proteínas, al tiempo que aumenta el suministro y la utilización de oxígeno en los músculos activos.

Para reponer las reservas de energía urgentes y a corto plazo y realizar un trabajo a largo plazo, la célula muscular utiliza las llamadas fuentes de energía a largo plazo. Estos incluyen glucosa y otros monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos, componentes alimentarios de glicerol entregados a la célula muscular a través de la red capilar e involucrados en el metabolismo oxidativo. Estas fuentes de energía generan la formación atp combinando la utilización de oxígeno con la oxidación de portadores de hidrógeno en el sistema de transporte de electrones mitocondrial.

En el proceso de oxidación completa de una molécula de glucosa, se sintetizan 38 moléculas atp. Al comparar la glucólisis anaeróbica con la descomposición aeróbica de carbohidratos, puede ver que el proceso aeróbico es 19 veces más eficiente.

Durante la realización de actividad física intensa de corta duración, las principales fuentes de energía son KrF, glucógeno y glucosa del músculo esquelético. En estas condiciones, el principal factor limitante de la educación atp, podemos suponer la ausencia de la cantidad requerida de oxígeno. La glucólisis intensa conduce a la acumulación de grandes cantidades de ácido láctico en los músculos esqueléticos, que se difunde gradualmente a la sangre y se transfiere al hígado. Las altas concentraciones de ácido láctico se convierten en un factor importante en el mecanismo regulador que inhibe el intercambio de ácidos grasos libres durante el ejercicio que dura 30-40 segundos.

A medida que aumenta la duración de la actividad física, se produce una disminución gradual de la concentración de insulina en la sangre. Esta hormona participa activamente en la regulación del metabolismo de las grasas y, en altas concentraciones, inhibe la actividad de las lipasas. Una disminución en la concentración de insulina durante un esfuerzo físico prolongado conduce a un aumento en la actividad de los sistemas enzimáticos dependientes de insulina, que se manifiesta en un aumento en el proceso de lipólisis y un aumento en la liberación de ácidos grasos del depósito.

La importancia de este mecanismo regulador se hace evidente cuando los atletas cometen el error más común. A menudo, tratando de proporcionar al cuerpo fuentes de energía fácilmente digeribles, una hora antes del comienzo de una competencia o entrenamiento, toman una comida rica en carbohidratos o una bebida concentrada que contiene glucosa. Tal saturación del cuerpo con carbohidratos fácilmente digeribles conduce después de 15 a 20 minutos a un aumento en los niveles de glucosa en sangre y esto, a su vez, provoca una mayor liberación de insulina por parte de las células pancreáticas. Un aumento en la concentración de esta hormona en la sangre conduce a un aumento en el consumo de glucosa como fuente de energía para la actividad muscular. En última instancia, en lugar de ácidos grasos ricos en energía, el cuerpo consume carbohidratos. Por lo tanto, tomar glucosa una hora antes del inicio puede afectar significativamente el rendimiento deportivo y reducir la resistencia al ejercicio prolongado.

La participación activa de los ácidos grasos libres en el aporte energético de la actividad muscular permite realizar de forma más económica la actividad física a largo plazo. El aumento de la lipólisis durante el ejercicio conduce a la liberación de ácidos grasos de los depósitos de grasa en la sangre, y pueden administrarse a los músculos esqueléticos o usarse para formar lipoproteínas en la sangre. En los músculos esqueléticos, los ácidos grasos libres ingresan a las mitocondrias, donde se someten a una oxidación secuencial asociada con la fosforilación y la síntesis. atp.

Cada uno de los componentes bioenergéticos enumerados del rendimiento físico se caracteriza por criterios de potencia, capacidad y eficiencia (Tabla 1).

Tabla 1. Principales características bioenergéticas de los procesos metabólicos - fuentes de energía durante la actividad muscular

El criterio de potencia evalúa la cantidad máxima de energía por unidad de tiempo que puede aportar cada uno de los sistemas metabólicos.

El criterio de capacidad evalúa las reservas totales de sustancias energéticas disponibles para su uso en el cuerpo, o la cantidad total de trabajo realizado debido a este componente.

El criterio de eficiencia muestra cuánto trabajo externo (mecánico) se puede realizar por cada unidad de energía gastada.

De gran importancia es la proporción de producción de energía aeróbica y anaeróbica cuando se realiza un trabajo de diferente intensidad. En el ejemplo de las distancias de carrera del atletismo, esta relación se puede representar (Tabla 2)

Tabla 2. La contribución relativa de los mecanismos de producción de energía aeróbica y anaeróbica al realizar un solo trabajo con una intensidad máxima de varias duraciones