Mis paneb inimese liikuma? Mis on energiavahetus? Kust tuleb keha energia? Kaua see kestab? Millise füüsilise koormuse juures, kui palju energiat kulub? Küsimusi on palju, nagu näete. Kuid ennekõike ilmnevad need siis, kui hakkate seda teemat uurima. Püüan kõige uudishimulikumate elu lihtsamaks teha ja aega säästa. Mine…

Energia metabolism - orgaaniliste ainete lõhenemise reaktsioonide kogum, millega kaasneb energia vabanemine.

Liikumise tagamiseks (aktiini ja müosiini filamendid lihastes) vajab lihas adenosiintrifosfaati (ATP). Kui fosfaatidevahelised keemilised sidemed katkevad, vabaneb energia, mida rakk kasutab. Sel juhul läheb ATP olekusse, mille energiasisaldus on madalam adenosiindifosfaadis (ADP) ja anorgaanilises fosforis (P).

Kui lihas töötab, jaguneb ATP pidevalt ADP-ks ja anorgaaniliseks fosforiks, vabastades samal ajal energiat (umbes 40-60 kJ / mol). Pikaajaliseks tööks on vaja taastada ATP kiirusega, millega rakk seda ainet kasutab.

Lühiajaliseks, lühiajaliseks ja pikaajaliseks tööks kasutatavad energiaallikad on erinevad. Energiat saab toota nii anaeroobselt (hapnikuvaba) kui ka aeroobselt (oksüdatiivselt). Milliseid omadusi arendab sportlane aeroobses või anaeroobses tsoonis treenides, kirjutasin artiklis “”.

Inimese füüsilise töö tagavad kolm energiasüsteemi:

1. Alaktaat või fosfageenne (anaeroobne). Seda seostatakse ATP resünteesi protsessidega peamiselt tänu kõrge energiasisaldusega fosfaatühendile - kreatiinfosfaadile (CrP).
2. Glükolüütiline (anaeroobne). Tagab ATP ja CRF-i taassünteesi glükogeeni ja/või glükoosi anaeroobse lagunemise reaktsioonide tõttu piimhappeks (laktaadiks).
3. Aeroobne (oksüdatiivne). Töövõime, mis on tingitud süsivesikute, rasvade, valkude oksüdatsioonist, suurendades samal ajal hapniku tarnimist ja kasutamist töötavates lihastes.

Energiaallikad lühiajaliseks tööks.

Lihasele kiiresti kättesaadava energia tagab ATP molekul (adenosiintrifosfaat). Sellest energiast piisab 1-3 sekundiks. Seda allikat kasutatakse koheseks tööks, maksimaalseks pingutuseks.

ATP + H2O ⇒ ADP + F + Energia

Organismis on ATP üks kõige sagedamini uuendatavaid aineid; Seega on inimesel ühe ATP molekuli eluiga alla 1 minuti. Päeva jooksul läbib üks ATP molekul keskmiselt 2000-3000 resünteesi tsüklit (inimese organism sünteesib päevas ca 40 kg ATP-d, kuid sisaldab igal hetkel ca 250 g), ehk ATP reservi praktiliselt puudub. organismis ja normaalseks eluks on vaja pidevalt sünteesida uusi ATP molekule.

Seda täiendatakse ATP-ga tänu CRP-le (kreatiinfosfaat), see on teine ​​​​fosfaadi molekul, millel on lihastes kõrge energia. CrF annetab fosfaadi molekuli ADP molekulile ATP moodustamiseks, tagades nii lihase töövõime teatud aja jooksul.

See näeb välja selline:

ADP+ CrF ⇒ ATP + Cr

KrF-i varu jätkub kuni 9 sek. tööd. Sel juhul langeb tippvõimsus 5-6 sekundile. Professionaalsed sprinterid püüavad seda tanki (CrF reservi) veelgi suurendada, treenides kuni 15 sekundit.

Nii esimesel kui ka teisel juhul toimub ATP moodustumise protsess anaeroobses režiimis, ilma hapniku osaluseta. CRF-ist tingitud ATP resüntees toimub peaaegu kohe. Sellel süsteemil on glükolüütilise ja aeroobse süsteemiga võrreldes suurim jõud ning see tagab "plahvatusliku" töö koos maksimaalse lihaste kokkutõmbumisega jõu ja kiiruse osas. Nii näeb lühiajalise töö tegemisel välja energiavahetus ehk nii toimib organismi alaktiline energiavarustussüsteem.

Energiaallikad lühikeseks tööks.

Kust tuleb lühikese töö käigus kehale energia? Sel juhul on allikaks loomne süsivesik, mida leidub lihastes ja inimese maksas – glükogeen. Protsessi, mille käigus glükogeen soodustab ATP resünteesi ja energia vabanemist, nimetatakse Anaeroobne glükolüüs(Glükolüütiline energiavarustussüsteem).

glükolüüs- See on glükoosi oksüdatsiooniprotsess, mille käigus ühest glükoosi molekulist moodustub kaks püruviinhappe (püruvaat) molekuli. Püruviinhappe edasine metabolism on võimalik kahel viisil – aeroobsel ja anaeroobsel.

Aeroobse töö ajal püruviinhape (Pyruvate) osaleb ainevahetuses ja paljudes organismis toimuvates biokeemilistes reaktsioonides. See muundatakse atsetüül-koensüümiks A, mis osaleb Krebsi tsüklis, tagades rakus hingamise. Eukarüootides (elusorganismide rakud, mis sisaldavad tuuma, st inimese ja looma rakkudes) toimub Krebsi tsükkel mitokondrites (MX, see on raku energiajaam).

Krebsi tsükkel(trikarboksüülhappe tsükkel) - kõigi hapnikku kasutavate rakkude hingamise võtmeetapp, see on paljude keha metaboolsete radade ristumiskoht. Lisaks energeetilisele rollile on Krebsi tsüklil oluline plastiline funktsioon. Biokeemilistes protsessides osaledes aitab see sünteesida selliseid olulisi rakuühendeid nagu aminohapped, süsivesikud, rasvhapped jne.

Kui hapnikust ei piisa see tähendab, et töö toimub anaeroobses režiimis, seejärel toimub püroviinamarihape kehas anaeroobsel lõhustamisel koos piimhappe (laktaadi) moodustumisega

Glükolüütilist anaeroobset süsteemi iseloomustab suur võimsus. See protsess algab peaaegu töö algusest ja jõuab võimsuseni 15-20 sekundiga. maksimaalse intensiivsusega töö ja seda võimsust ei saa säilitada kauem kui 3–6 minutit. Algajatele, kes alles alustavad sportimist, ei jätku jõudu 1 minutiks.

Energiasubstraatideks lihaste energiaga varustamiseks on süsivesikud – glükogeen ja glükoos. Inimkeha glükogeeni koguvaru 1-1,5 töötunniks.

Nagu eelpool mainitud, tekib glükolüütilise anaeroobse töö suure võimsuse ja kestuse tulemusena lihastes märkimisväärne kogus laktaati (piimhapet).

Glükogeen ⇒ ATP + piimhape

Lihastest pärinev laktaat tungib verre ja seondub vere puhversüsteemidega, et säilitada organismi sisekeskkond. Kui laktaadi tase veres tõuseb, siis ei pruugi puhversüsteemid mingil hetkel hakkama saada, mis põhjustab happe-aluse tasakaalu nihke happepoolele. Hapnemisel muutub veri paksuks ning keharakud ei saa kätte vajalikku hapnikku ja toitaineid. Selle tulemusena inhibeerib see anaeroobse glükolüüsi võtmeensüüme kuni nende aktiivsuse täieliku inhibeerimiseni. Glükolüüsi kiirus ise, laktiline anaeroobne protsess ja tööjõud vähenevad.

Anaeroobses režiimis töötamise kestus sõltub laktaadi kontsentratsiooni tasemest veres ning lihaste ja vere vastupanuvõimest happe nihkele.

Vere puhverdusvõime on vere võime neutraliseerida laktaati. Mida rohkem treenitud on inimene, seda suurem on tal puhvermaht.

Energiaallikad pidevaks tööks.

Inimorganismi energiaallikateks pikaajalisel aeroobsel tööl, mis on vajalikud ATP tekkeks, on lihasglükogeen, veresuhkur, rasvhapped, intramuskulaarne rasv. Selle protsessi käivitab pikaajaline aeroobne töö. Näiteks algab rasvapõletus (rasva oksüdatsioon) algajatel jooksjatel pärast 40-minutilist jooksmist 2. pulsitsoonis (ZZ). Sportlastel algab oksüdatsiooniprotsess juba 15-20 minuti jooksul. Inimese kehas leiduvast rasvast piisab 10-12 tunniks pidevaks aeroobseks tööks.

Hapnikuga kokkupuutel lagunevad glükogeeni, glükoosi, rasva molekulid, sünteesides süsinikdioksiidi ja vee vabanemisega ATP. Enamik reaktsioone toimub raku mitokondrites.

Glükogeen + hapnik ⇒ ATP + süsinikdioksiid + vesi

ATP moodustumine seda mehhanismi kasutades on aeglasem kui lühi- ja lühiajalises töös kasutatavate energiaallikate abil. Kulub 2–4 minutit, enne kui käsitletud aeroobne protsess rahuldab täielikult raku ATP vajaduse. See viivitus tuleneb sellest, et südamel kulub aega, et hakata suurendama oma hapnikurikka verega varustamist lihastesse kiirusega, mis on vajalik lihase ATP vajaduste rahuldamiseks.

Rasv + hapnik ⇒ ATP + süsinikdioksiid + vesi

Keha rasvade oksüdatsiooni tehas on kõige energiamahukam. Alates süsivesikute oksüdeerumisest toodetakse ühest glükoosi molekulist 38 ATP molekuli. Ja 1 rasvamolekuli oksüdeerimisel - 130 molekuli ATP-d. Kuid see juhtub palju aeglasemalt. Lisaks vajab ATP tootmine rasvade oksüdatsiooni teel rohkem hapnikku kui süsivesikute oksüdatsioon. Oksüdatiivse, aeroobse vabriku eripäraks on ka see, et see saab hoogu juurde järk-järgult, kuna hapniku kohaletoimetamine suureneb ja rasvkoest vabanevate rasvhapete kontsentratsioon veres suureneb.

Siit leiate rohkem kasulikku teavet ja artikleid.

Kui kujutame ette kõiki kehas olevaid energiat tootvaid süsteeme (energia metabolism) kütusepaakide kujul, näevad need välja järgmised:

1. Väikseim paak on kreatiinfosfaat (see on nagu bensiin 98). See on justkui lihasele lähemal ja hakkab kiiresti tööle. Sellest "bensiinist" piisab 9 sekundiks. tööd.
2. Keskmine paak - glükogeen (92 bensiin). See paak asub kehas veidi kaugemal ja sealt saadav kütus tuleb 15-30 sekundilisest füüsilisest tööst. Sellest kütusest piisab 1-1,5 töötunniks.
3. Suur paak – rasv (diislikütus). See paak on kaugel ja kulub 3–6 minutit, enne kui kütus hakkab sealt välja voolama. Rasvavaru inimkehas 10-12 tunniks intensiivseks, aeroobseks tööks.

Ma ei mõelnud selle kõige peale ise, vaid võtsin väljavõtteid raamatutest, kirjandusest, internetiavarustest ja püüdsin seda teile lühidalt edasi anda. Kui teil on küsimusi - kirjutage.

Mõelge keha energiasüsteemile üksikasjalikumalt.

Ameerika teadlane Albert Szent-Györgyi kirjutas, et elu on pidev protsess erinevat tüüpi ja erinevate väärtustega energia neeldumise, muundamise ja liikumisega.

See protsess on kõige otsesemalt seotud elusaine elektriliste omadustega ja täpsemalt selle elektrijuhtivusega.

Elektrivool on laetud osakeste järjestatud liikumine. Elektrilaengute kandjateks võivad olla elektronid, ioonid ja augud (pooljuhtides). Pooljuhte iseloomustab ka lisandite juhtivus. Kui pooljuhtkristallile lisatakse mõne teise elemendi aatom, suureneb selle juhtivus. Pooljuhtide omadused on väga huvitavad. Nad on väga tundlikud valguse, kuumuse, kiirguse jms suhtes. Kui näiteks pooljuhile langeb valgus, siis selle juhtivus suureneb järsult, sest. valentsriba elektronid "eralduvad" aatomi tuumast ja tagavad elektroonilise juhtivuse. Elav aine on väga sarnane pooljuhiga. Siiski on väga põhimõtteline erinevus. Elus makromolekulides on sidumisenergia vaid paar elektronvolti, lahustes või vedelkristallides on aga sidumisenergia umbes 20-30 eV. See omadus on väga oluline, kuna võimaldab kõrget tundlikkust. Juhtivust teostavad elektronid, mis liiguvad tunneliefekti tõttu ühest molekulist teise. Valkudes ja teistes bioloogilistes objektides on laengukandjate liikuvus väga suur. Süsinik-hapnik ja vesinik-lämmastik sidemete süsteemis liigub elektron (ergastatud) tunneliefekti tõttu läbi kogu valgumolekuli süsteemi. Kuna selliste elektronide liikuvus on väga suur, on valgusüsteemi juhtivus kõrge.

Elusorganismis toimub ka ioonjuhtivus. Ioonide teket ja eraldumist elusaines soodustab vee olemasolu valgusüsteemis. Sellest sõltub valgusüsteemi dielektriline konstant. Laengukandjateks on sel juhul vesinikuioonid – prootonid. Ainult elusorganismis realiseeruvad kõik juhtivuse tüübid üheaegselt. Erinevate juhtivuste suhe varieerub sõltuvalt vee hulgast valgusüsteemis. Mida vähem vett, seda väiksem on ioonjuhtivus. Kui valgud kuivatatakse, siis juhtivust teostavad elektronid.

Üldiselt ei seisne vee mõju ainult selles, et see on vesinikuioonide allikas ja annab seega võimaluse ioonjuhtimiseks. Vesi mängib üldise juhtivuse muutmisel keerukamat rolli. Fakt on see, et vesi on lisandi doonor. See varustab elektrone (iga veemolekul laguneb prootoniks (tuumaks) ja elektroniks). Selle tulemusena täidavad elektronid augud, mistõttu aukude juhtivus väheneb. See kahaneb miljon korda. Seejärel kantakse need elektronid üle valkudesse ja positsioon taastatakse, kuid mitte täielikult. Kogujuhtivus jääb pärast seda ikkagi 10 korda väiksemaks kui enne vee lisamist.

Valgusüsteemidele on võimalik lisada mitte ainult doonor, vaid ka aktseptor, mis tooks kaasa aukude arvu suurenemise. On kindlaks tehtud, et selline aktseptor on eelkõige kloraniil, kloori sisaldav aine.

Selle tulemusena suureneb auku juhtivus nii palju, et valgusüsteemi üldine juhtivus suureneb miljon korda.

Nukleiinhapped mängivad ka elusorganismis olulist rolli. Hoolimata asjaolust, et nende struktuur, vesiniksidemed ja nii edasi erinevad bioloogiliste süsteemide omast, leidub aineid (mittebioloogilised), millel on põhimõtteliselt sarnased elektrofüüsikalised omadused. Eelkõige on selline aine grafiit. Nende seondumisenergia, nagu valkudelgi, on madal ja erijuhtivus kõrge, kuigi mitu suurusjärku madalam kui valkudel. Kuid aminohapete elektrofüüsikalised omadused on üldiselt põhimõtteliselt samad, mis valkude omadused.

Kuid elusorganismi koostises olevatel aminohapetel on ka omadusi, mida valkudel ei ole. Need on väga olulised omadused. Tänu neile muutuvad mehaanilised mõjud neis elektriks. Seda aine omadust füüsikas nimetatakse piesoelektriliseks. Elusorganismi nukleiinhapetes põhjustab termiline toime ka elektri (termoelektri) teket. Mõlemad omadused on määratud vee olemasoluga. On selge, et need omadused sõltuvad vee kogusest. Nende omaduste kasutamine elusorganismi organiseerimisel ja toimimisel on ilmne. Seega põhineb visuaalse võrkkesta varraste toime juhtivuse sõltuvusel valgustusest. Kuid elusorganismide molekulidel on nagu metallidel ka elektrooniline juhtivus.

Valgusüsteemide ja nukleiinsete molekulide elektrofüüsikalised omadused avalduvad ainult dünaamikas, ainult elusorganismis. Surma saabudes kaob elektrofüüsiline aktiivsus väga kiiresti. Seda seetõttu, et laengukandjate liikumine on peatunud.

Valgusüsteemide ja aminohapete elektriliste omaduste võrdlusest pooljuhtidega võib jääda mulje, et ühe ja teise elektrilised omadused on samad. See pole täiesti tõsi. Kuigi elusorganismi valgusüsteemides on olemas nii elektrooniline kui ka auk- ja ioonjuhtivus, on need omavahel seotud keerulisemalt kui anorgaanilistes ja orgaanilistes pooljuhtides. Seal liidetakse need juhtivused lihtsalt kokku ja saadakse kogu, lõplik juhtivus. Elusorganismides on selline juhtivuste aritmeetiline liitmine vastuvõetamatu. Siin 1+1#2. Selles pole midagi imelikku. See viitab sellele, et need juhtivused ei ole üksteisest sõltumatud. Nende omavaheliste muutustega kaasnevad protsessid, mis muudavad üldist juhtivust keerukama seaduse järgi. Seetõttu lisatakse valgusüsteemide elektroonilisest (või muust) juhtivusest rääkides sõna “spetsiifiline”. Elusolendite elektrofüüsikalisi omadusi määravad protsessid on väga keerulised. Samaaegselt elektrilaengute liikumisega, mis määrab elektrijuhtivuse, mõjutavad üksteist ka elektromagnetväljad. Elementaarosakestel on magnetmomendid, see tähendab, et nad on magnetid. Kuna need magnetid interakteeruvad üksteisega, tekib nende osakeste teatud orientatsioon selle tegevuse tulemusena. Pidevalt muudavad molekulid ja aatomid oma olekut – nad viivad läbi pidevaid ja järske (diskreetseid) üleminekuid ühest elektrilisest olekust teise. Saades lisaenergiat, on nad elevil. Need üleminekud mõjutavad laengukandjate liikuvust elusorganismis. Seega muudab elektromagnetväljade toime laetud osakeste liikumist. Nende laengukandjate abil toimub info edastamine kesknärvisüsteemis (KNS). Kogu organismi kui terviku toimimist tagavad signaalid kesknärvisüsteemis on elektriimpulsid. Kuid need levivad palju aeglasemalt kui tehnilistes süsteemides. See on tingitud protsessi keerukusest. Organism reageerib teatud välismõjule tegevusega alles pärast seda, kui on saanud selle mõju kohta informatsiooni. Organismi reaktsioon on väga aeglane, sest signaalid välismõjude kohta levivad aeglaselt. Seega sõltub elusorganismi kaitsereaktsioonide kiirus elusaine elektrofüüsikalistest omadustest. Kui elektri- ja elektromagnetväljad toimivad väljastpoolt, siis see reaktsioon aeglustub veelgi. See on kindlaks tehtud nii laboratoorsetes katsetes kui ka uurides elektromagnetväljade mõju magnettormide ajal elussüsteemidele. Muide, kui elusorganismi reaktsioon välismõjudele oleks kordades kiirem, siis suudaks inimene end kaitsta paljude mõjude eest, millesse ta nüüd sureb.

Tänapäeval ei tea inimesed veel kõiki elusaine keeruka elektrijuhtivuse omadusi. Kuid on selge, et neist sõltuvad need põhimõtteliselt erinevad omadused, mis on omased ainult elusolenditele.

Elusorganismis esinevate elektriliste nähtuste olemuse paljastamiseks on vaja mõista bioloogilise süsteemi potentsiaali, biopotentsiaali tähendust.

Potentsiaal on energiavõimalus. Elektroni vesinikuaatomi küljest lahtirebimiseks on vaja ületada jõud, mis seda aatomis hoiavad, ehk selle töö tegemiseks on vaja energiat. Elementaarosakeste energiat mõõdetakse elektronvoltides. Energiat, mis kulub elektroni eraldamiseks aatomi tuumast, nimetatakse ionisatsioonipotentsiaaliks. Vesiniku puhul võrdub see 13 eV-ga. Erinevate elementide aatomite jaoks on sellel oma tähendus.

Elusainetes on sidumisenergia molekulides 0,01-1 eV. Elututes molekulides 30-50 eV. Bioloogiliste molekulide ionisatsioonipotentsiaali on väga raske mõõta elektronenergia minimaalsete väärtuste väiksuse tõttu. Seetõttu on parem neid iseloomustada mitte absoluutväärtuste (elektronvoltide), vaid suhteliste väärtustega. Vee ionisatsioonipotentsiaali võib võtta ühikuna (räägime bioloogilistes süsteemides sisalduvast veest). Nüüd saab määrata kõigi teiste bioloogiliste ühendite ionisatsioonipotentsiaali. Siin on veel üks peensus. Vesinikuaatomil on ainult üks valentselektron. Seetõttu on selle ionisatsioonipotentsiaal võrdne ühtsusega. Kui aatom ja molekul on keerulisemad, siis on nende elektronidel erinevad energiavõimalused eraldumiseks. Sellistel juhtudel omistatakse ionisatsioonipotentsiaal valentselektronidele, st madalaima sidumisenergiaga elektronidele.

Bioloogilistes süsteemides on teatud elektrilaengute jaotuse tulemusena elektriväljad, seetõttu on Coulombi jõudude toimel võimalik elektrilaengute külgetõmbe- ja tõrjumine. Elektrivälja energiakarakteristikuks on potentsiaalide erinevus (Δj). Bioloogiliste süsteemide (biopotentsiaalide) potentsiaalide erinevus on väga väike, kuni 10 -6 eV. Biopotentsiaalide väärtus on ühemõtteline näitaja biosüsteemi või selle osade seisundi kohta. See muutub, kui keha on patoloogilises seisundis. Sel juhul muutuvad elusorganismi reaktsioonid keskkonnateguritele. Bioloogiliste ühendite elektrofüüsikalised omadused määravad ka elusorganismi, nii üksiku terviku kui ka selle üksikute analüsaatorite reaktsiooni kiiruse välistegurite toimele. Nendest omadustest sõltub ka infotöötluse kiirus kehas. Seda hinnatakse elektrilise aktiivsuse suuruse järgi.

Bioenergia nähtused elementaarosakeste tasemel on elusorganismi põhifunktsioonide aluseks, ilma nende funktsioonideta on elu võimatu. Rakkude energiaprotsessid (energia muundamine ja kõige keerulisemad biokeemilised ainevahetusprotsessid) on võimalikud ainult tänu elektronide osalemisele neis.

Biopotentsiaalid on tihedalt seotud antud organi elektrilise aktiivsusega. Seega iseloomustab aju elektrilist aktiivsust biopotentsiaalide spektraalne tihedus ja erineva sagedusega pingeimpulssid. On kindlaks tehtud, et inimesele on iseloomulikud järgmised aju biorütmid (Hz-des): Delta rütm - 0,5-3 Hz; Teeta rütm - 4-7 Hz; Alfa rütm - 8-13 Hz; Beeta rütm - 14-35 Hz; Gamma rütm - 36-55 Hz.

Mõned rütmid on suurema sagedusega, kuigi ebaregulaarsed. Inimese aju elektriliste impulsside amplituud saavutab märkimisväärse väärtuse - kuni 500 μV.

Kõik, kes on elektroonikaga kursis, teavad, et info edastamisel ja töötlemisel pole oluline mitte ainult impulsi kordussagedus ja nende amplituud, vaid ka impulsside kuju.

Kuidas need impulsid tekivad? Nende omadused näitavad, et neid ei saa tekitada ioonjuhtivuse muutused. Sel juhul arenevad protsessid aeglasemalt, st on inertsiaalsemad. Neid impulsse saab moodustada ainult elektronide liikumine, mille mass on palju väiksem ioonide massist.

Elektriliste impulsside vormi rolli saab mõista südame defibrillatsiooni efektiivsuse näitel. Selgus, et südame töö taastamise efektiivsus sõltub rakendatava elektripinge impulsi kujust. Samuti on oluline selle spektraalne tihedus. Ainult teatud impulsivormiga taastub elusorganismis laengukandjate normaalne liikumine ehk taastub tavaline elektrijuhtivus, mille juures on võimalik organismi normaalne talitlus.

Selle meetodi puhul rakendatakse elektroodid inimkehale rindkere piirkonnas. Kuid elektrilised impulsid ei mõjuta sel juhul mitte ainult südamelihast, vaid ka kesknärvisüsteemi. Ilmselt on teine ​​viis kõige tõhusam, kuna kesknärvisüsteemi võimalused mõjutada kõiki organeid on kõige laiemad. Käsud kõikidele organitele tulevad kõige kiiremini läbi kesknärvisüsteemi, kuna selle elektrijuhtivus on palju suurem kui lihaskudede ja vereringesüsteemi elektrijuhtivus. Seega toimub organismi naasmine ellu, kui on võimalik taastada elusaine elektrofüüsikalised omadused või õigemini elektrilaengute spetsiifilised liikumised elussüsteemidele omaste tunnustega.

Otsustava tähtsusega elusorganismi eluks ja toimimiseks on just elusorganismi elektrofüüsikalised omadused. Seda tõendavad sellised faktid.

On kindlaks tehtud, et kui inimest äkitselt mõjutavad ärritavad tegurid, muutub inimkeha vastupidavus elektrivoolule dramaatiliselt. On põhimõtteliselt oluline, et ootamatutel välismõjudel võib olla erinev füüsiline olemus. See võib olla ere valgus ja kuuma objekti puudutus ning sõnum inimesele ootamatust, tema jaoks olulisest teabest. Kõigil juhtudel on tulemus sama – inimkeha elektrijuhtivus suureneb. See muutus sõltub ka välisteguri tugevusest. Kuid kõigil juhtudel toimub elektrijuhtivuse suurenemine väga kiiresti ja selle taastumine normaalväärtustele on palju aeglasem. Elektrijuhtivuse kiire muutus saab toimuda ainult elektroonika tõttu.

Võtame välisteguri (elektrivoolu) mõju inimesele. Selle mõju tagajärjed ei sõltu mitte ainult selle suurusest, vaid ka inimese närvisüsteemi seisundist sel hetkel. Surm välisteguri mõjul tekib siis, kui kesknärvisüsteemi elektrijuhtivus on häiritud. Kui välistegurite mõjul on ajurakkudes laengukandjate liikumine häiritud, siis toimub rakkude hapnikuvarustuse täielik või osaline katkemine.

Muidugi on see küsimus väga raske. Juba on kindlaks tehtud, et erinevate elusorganismide ja erinevate süsteemide elektrijuhtivus ühes elusorganismis on erinev. Elunditel, mis peaksid kõige kiiremini reageerima välistele stiimulitele, on kõige väiksem inertsiaalne juhtivus - elektrooniline ja elektron-auk.

Mõelge nüüd keha energiasüsteemile.

Erinevate teadlaste arvamused on selle kohta, et kehasse siseneb energia, mis tagab selle toimimise nii tervikuna kui ka kõikidele selle koostisosadele. Energialaengutel võib olla nii positiivseid kui ka negatiivseid märke. Terves organismis on energia positiivsete ja negatiivsete elementide tasakaal. See tähendab tasakaalu ergastamise ja pärssimise protsesside vahel. Kui tasakaal positiivse ja negatiivse energia voogude vahel on häiritud, satub keha haigusseisundisse, kuna erutus- ja pärssimise protsessi tasakaal on häiritud.

Kuupäev: 2010-03-28

Ühtegi liigutust ei saa teha ilma energiat kulutamata. Ainus universaalne ja otsene lihaskontraktsiooni energiaallikas on adenosiintrifosfaat -ATP; ilma selleta puuduvad põiki "sillad energiast ja aktiini filamendid ei saa mööda müosiini filamente libiseda, lihaskiu kokkutõmbumist ei toimu. ATP on kõrge energiaga (makroergiline) fosfaatühend, mille lagunemine (hüdrolüüs) mis vabastab umbes 10 kcal / kg vaba energiat.Lihase aktiveerimisel toimub ATP hüdrolüüs suurenenud, mistõttu energia metabolismi intensiivsus suureneb võrreldes puhketasemega 100-1000 korda.Kuid ATP reservid on lihased on suhteliselt tühised ja sellest piisab vaid 2-3 sekundiks intensiivseks tööks. Reaalsetes tingimustes peab lihaste kontraktiilsuse pikaks ajaks säilitamiseks toimuma pidev ATP taastumine (resüntees). sama kiirusega kui seda tarbitakse.Süsivesikuid, rasvu ja valke kasutatakse energiaallikatena.Nende ainete täielikul või osalisel lagunemisel vabaneb osa kogunenud energiast nende keemilistes sidemetes.See vabaneb energia I ja tagab ATP resünteesi (vt. tabel).

Inimese energiavarud (kehakaaluga 75 kg)

Keha bioenergia võimekus on kõige olulisem tema füüsilist jõudlust piirav tegur. Energia moodustamine lihaste töö tagamiseks võib toimuda anaeroobsete (hapnikuvaba) ja aeroobsete (oksüdatiivsete) radade kaudu. Sõltuvalt sel juhul toimuvate protsesside biokeemilistest omadustest on tavaks eristada kolme üldist energiasüsteemi, mis tagavad inimese füüsilise jõudluse:

Alaktiline anaeroobne, või fosfageenne, mis on seotud ATP resünteesi protsessidega peamiselt teise suure energiasisaldusega fosfaatühendi – kreatiinfosfaadi (CrF) energia tõttu;

glükolüütiline (laktatsiidne) anaeroobne, ATP ja CRF-i resünteesi tagamine glükogeeni või glükoosi anaeroobse lagunemise reaktsioonide tõttu piimhappeks (LA);

aeroobne(oksüdatiivne), mis on seotud töövõimega, mis on tingitud energiasubstraatide oksüdatsioonist, mida saab kasutada süsivesikute, rasvade, valkudena, suurendades samal ajal hapniku kohaletoimetamist ja kasutamist töötavates lihastes.

Kõiki loetletud füüsilise jõudluse bioenergia komponente iseloomustavad kriteeriumid võimsus, võimsus ja tõhusus(vt joonis 1).

Riis. 1. Töötavate lihaste energiavarustusprotsesside kiiruse dünaamika sõltuvalt harjutuse kestusest (N.I. Volkovovi järgi, 1986)

Võimsuse kriteerium hindab maksimaalset energiahulka ajaühiku kohta, mida iga ainevahetussüsteem suudab pakkuda.

Mahulisuse kriteerium hindab organismis kasutamiseks saadaolevate energiaainete koguvarusid või selle komponendi tõttu tehtud töö kogumahtu.

Tõhususe kriteerium näitab, kui palju välist (mehaanilist) tööd saab teha iga kulutatud energiaühiku kohta.

Fosfageenne süsteem on kõige kiiremini mobiliseeritav energiaallikas. Kreatiinfosfaadist tingitud ATP süntees lihastöö ajal toimub peaaegu koheselt. Fosfaatrühma lõhustamisel CRF-st vabaneb suur hulk energiat, mida kasutatakse otseselt ATP taastamiseks. Seetõttu on CRF esimene lihaste energiavaru, mida kasutatakse kohese ATP regeneratsiooni allikana. ATP ja CrF toimivad lihastegevuse ühtse energiavarustussüsteemina. Sellel süsteemil on glükolüütilise ja aeroobse süsteemiga võrreldes suurim võimsus ning see mängib peamist rolli lühiajalise maksimaalse võimsusega töö tagamisel, mis viiakse läbi maksimaalsete lihaste kontraktsioonidega jõu ja kiiruse osas: lühiajaliste pingutuste tegemisel. "plahvatusohtlik" iseloom, spurdid, tõmblused, nagu näiteks sprint, hüppamine, viskamine või löömine ja löömine käsivõitluses jne. Alaktilise anaeroobse protsessi suurim jõud saavutatakse harjutustes, mis kestavad 5-6 sekundit ja kõrgelt treenitud sportlastel jõuab see tasemeni 3700 kJ / kg minutis. Selle süsteemi võimekus on aga väike, kuna ATP ja CrF varud lihastes on piiratud. Samas ei sõltu maksimaalse anaeroobse võimsuse retentsiooniaeg mitte niivõrd fosfageenisüsteemi võimsusest, kuivõrd sellest osast, mida saab maksimaalsel võimsusel töötades mobiliseerida. Maksimaalse jõuharjutuste ajal tarbitav CRF-i kogus moodustab vaid umbes kolmandiku selle lihasesisesest kogureservist. Seetõttu ei ületa maksimaalse võimsuse kestus tavaliselt isegi kõrge kvalifikatsiooniga sportlaste puhul 15-20 sekundit.

Anaeroobne glükolüüs algab praktiliselt päris töö algusest, kuid saavutab maksimaalse võimsuse alles pärast 15-20 sekundit maksimaalse intensiivsusega tööd ja seda võimsust ei saa hoida üle 2,5 - 3,0 minuti.

Glükolüütiline anaeroobne süsteemi iseloomustab piisavalt suur võimsus, mis ulatub kõrgelt koolitatud inimestel tasemeni umbes 2500 kJ / kg minutis. Energiasubstraatideks on süsivesikud – glükogeen ja glükoos. Lihasrakkudes ja maksas säilitatav glükogeen on glükoosimolekulide (glükoosiühikute) ahel. Glükogeeni lagundamisel eralduvad selle glükoosiühikud järjestikku. Iga glükogeeni glükoosiühik taastab 3 ATP molekuli ja glükoosimolekul ainult 2 ATP molekuli. Igast glükoosi molekulist moodustub 2 piimhappe (LA) molekuli. Seetõttu moodustub glükolüütilise anaeroobse töö suure võimsuse ja kestusega lihastes märkimisväärne kogus UA-d. Töötavatesse lihasrakkudesse kogunev UA difundeerub kergesti verre ja on teatud kontsentratsioonini seotud vere puhversüsteemidega, et säilitada organismi sisekeskkond (homöostaas). Kui glükolüütilise anaeroobse orientatsiooni töö käigus moodustunud UA kogus ületab vere puhversüsteemide võimeid, põhjustab see nende kiiret ammendumist ja põhjustab vere happe-aluse tasakaalu nihkumist happepoolele. Lõppkokkuvõttes põhjustab see anaeroobse glükolüüsi võtmeensüümide inhibeerimist kuni nende aktiivsuse täieliku inhibeerimiseni. Samal ajal väheneb ka glükolüüsi enda kiirus. Märkimisväärne hapestumine toob kaasa ka alaktilise anaeroobse protsessi kiiruse ja üldise tööjõu vähenemise.

Glükolüütilises anaeroobses režiimis töötamise kestust ei piira peamiselt selle energiasubstraatide hulk (mahutavus), vaid UA kontsentratsiooni tase ja kudede kohanemisaste happeliste muutustega lihastes ja veres. Peamiselt anaeroobse glükolüüsi teel teostatava lihastöö tegemisel ei toimu lihaste glükogeeni ja glükoosi järsku ammendumist veres ja maksas. Füüsilise treeningu käigus võib hüpoglükeemia (vere glükoosisisalduse vähenemine) tekkida ka muudel põhjustel Glükolüütilise anaeroobse võime (erivastupidavuse) kõrge avaldumise korral muutub kudede kohanemisaste sellest tulenevate nihketega. happe-aluse tasakaalu säilitamine on hädavajalik. Siin on eriti esile tõstetud vaimse stabiilsuse tegur, mis võimaldab intensiivse lihastegevusega tahtliku jõupingutusega ületada väsimuse tekkega tekkivad valulikud aistingud töötavates lihastes ja jätkata tööd, hoolimata kasvavast soovist lõpetada. seda.

Puhkeseisundist lihastegevusele liikudes suureneb hapnikuvajadus (selle vajadus) kordades. Südame-hingamissüsteemi aktiivsuse tõus võtab aga aega vähemalt 1-2 minutit, et hapnikurikas veri jõuaks töötavatesse lihastesse. Töötavate lihaste hapnikutarbimine suureneb järk-järgult, kuna vegetatiivsete tugisüsteemide aktiivsus intensiivistub. Treeningu kestuse pikenemisega 5-6 minutini suureneb aeroobse energia genereerimise protsesside kiirus kiiresti ja töö kestuse pikenemisel üle 10 minuti on energiavarustus peaaegu täielikult tingitud aeroobsetest protsessidest. Aeroobse energiavarustussüsteemi võimsus on aga ligikaudu 3 korda väiksem kui fosfageeni võimsus ja 2 korda väiksem anaeroobse glükolüütilise süsteemi võimsusest (vt tabelit).

Ainevahetusprotsesside peamised bioenergeetilised omadused - energiaallikad lihaste aktiivsuse ajal

Samal ajal on ATP resünteesi aeroobne mehhanism kõige tõhusam ja ökonoomsem. Igapäevastes elutingimustes moodustab see mõnikord üle 90% kogu keha energiatoodangust. Sel juhul kasutatakse oksüdatsiooni substraatidena kõiki peamisi toitaineid: süsivesikuid, rasvu aminohapete kujul. Valkude panus aeroobse energia tootmise kogumahusse on väga väike. Kuid süsivesikuid ja rasvu kasutatakse aeroobse oksüdatsiooni substraatidena seni, kuni need on lihastele kättesaadavad.

Süsivesikute aeroobne lagundamine kuni teatud etapini (enne püroviinamarihappe moodustumist) toimub samamoodi nagu anaeroobsel glükolüüsil. Kuid aeroobsetes tingimustes ei muutu püroviinamarihape piimhappeks, vaid oksüdeerub edasi süsihappegaasiks ja veeks, mis erituvad organismist kergesti. Samal ajal moodustub ühest glükogeeni glükoosiühikust lõpuks 39 ATP molekuli. Seega on aeroobne glükogeeni oksüdatsioon tõhusam kui anaeroobne. Rasvade oksüdeerumisel vabaneb veelgi rohkem energiat. Keskmiselt tagab 1 mool inimkehale spetsiifiliste erinevate rasvhapete segu 138 mooli ATP sünteesi. Sama kaaluga glükogeeni ja rasvhapete tarbimise juures annavad viimased ligi kolm korda rohkem energiat kui süsivesikud. Seetõttu on rasvadel kõigist bioenergeetilisest substraatist kõrgeim energiaintensiivsus (vt tabelit)

Aeroobse energiavarustussüsteemi üldised omadused

Aeroobne energiavarustussüsteem on energiatootmise võimsuse, lihaste aktiivsuse tagamisse kaasamise kiiruse poolest märkimisväärselt madalam kui laktaat- ja laktaadisüsteem, kuid see on mitu korda parem võimsuse ja ökonoomsuse poolest (tabel 1).

Tabel number 1. Lihastöö energiavarustus

Aeroobse süsteemi eripäraks on see, et ATP moodustumine lihaskoes paiknevates rakulistes organellides-mitokondrites toimub hapniku transpordisüsteemi kaudu tarnitava hapniku osalusel. See määrab aeroobse süsteemi kõrge efektiivsuse ja üsna suured glükogeenivarud lihaskoes ja maksas, samuti praktiliselt piiramatud lipiidide varud - selle võime.

Kõige lihtsustatud kujul toimub aeroobse energiavarustussüsteemi tegevus järgmiselt. Esimeses etapis muudetakse keeruliste protsesside tulemusena nii glükogeen kui ka vabad rasvhapped (FFA) atsetüülkoensüümiks A (atsetüül-CoA), äädikhappe aktiivseks vormiks, mis tagab kõigi järgnevate energiatootmisprotsesside kulgemise. ühe skeemi järgi. Kuid enne atsetüül-CoA moodustumist toimub glükogeeni ja FFA oksüdatsioon sõltumatult.

Kõik arvukad keemilised reaktsioonid, mis toimuvad aeroobse ATP resünteesi protsessis, võib jagada kolme tüüpi: 1 - aeroobne glükolüüs; 2 - Krebsi tsükkel, 3 - elektronide transpordisüsteem (joonis 7).

Riis. 7. ATP resünteesi reaktsioonide etapid aeroobses protsessis

Reaktsioonide esimene etapp on aeroobne glükolüüs, mille tulemusena laguneb glükogeen CO2 ja H2O tekkega. Aeroobse glükolüüsi kulg toimub sama skeemi järgi nagu ülalpool käsitletud anaeroobse glükolüüsi kulg. Mõlemal juhul muutub glükogeen keemiliste reaktsioonide tulemusena glükoosiks ja glükoos ATP resünteesiga püroviinamarihappeks. Hapnik nendes reaktsioonides ei osale. Hapniku olemasolu tuvastatakse hiljem, kui püroviinamarihape selle osalusel ei muutu piimhappeks piimhappeks ja seejärel laktaadiks, mis toimub anaeroobse glükolüüsi protsessis, kuid suunatakse aeroobsesse süsteemi, lõpp mille saadused on kopsude kaudu organismist erituv süsinikdioksiid (CO2) ja vesi (joonis 8)

Riis. 8. Anaeroobse ja aeroobse glükolüüsi skemaatiline kulg

1 mooli glükogeeni jagamine 2 mooliks püroviinamarihappeks toimub energia vabanemisega, mis on piisav 3 mooli ATP taassünteesiks: Energia + 3ADP + Fn → 3ATP

Glükogeeni lagunemise tulemusena tekkinud püroviinamarihappest eemaldatakse koheselt CO2, muutes selle kolmesüsinikusest ühendist kahesüsinikuliseks ühendiks, mis koos koensüüm A-ga moodustab atsetüül-CoA, mis sisaldub aeroobse ATP moodustumise teine ​​etapp – sidrunhappetsükkel ehk Krebsi tsükkel.

Krebsi tsüklis toimub rida keerulisi keemilisi reaktsioone, mille tulemusena püroviinamarihape oksüdeerub - vesinikioonide (H +) ja elektronide (e-) eemaldamine, mis lõpuks sisenevad hapniku transpordisüsteemi ja osalevad ATP-s. resünteesireaktsioonid kolmandas etapis, moodustades CO2, mis difundeerub verre ja transporditakse kopsudesse, kust see kehast eritub. Krebsi tsüklis endas moodustub ainult 2 mooli ATP-d (joonis 9).

Riis. 9. Süsiniku oksüdatsiooni skemaatiline esitus Krebsi tsüklis

Kolmas etapp toimub elektronide transpordiahelas (hingamisahel). Koensüümide osalusel toimuvad reaktsioonid taandatakse üldiselt järgmiselt. Vesinikuioonid ja elektronid, mis vabanevad Krebsi tsüklis ja vähemal määral glükolüüsis toimuvatest reaktsioonidest, transporditakse hapnikku, moodustades selle tulemusena vett. Seotud reaktsioonide seerias samaaegselt vabanevat energiat kasutatakse ATP taassünteesiks. Kogu protsessi, mis toimub elektronide hapnikule ülekande ahelas, nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks. Hingamisahelas toimuvates protsessides kulub umbes 90% rakkudesse tarnitavast hapnikust ja moodustub suurim kogus ATP-d. Kokku tagab oksüdatiivne elektronide transpordisüsteem 34 ATP molekuli moodustumise ühest glükogeeni molekulist.

Süsivesikute seedimine ja imendumine vereringesse toimub peensooles. Maksas muudetakse need glükoosiks, mis omakorda võib muutuda glükogeeniks ja ladestuda lihastesse ja maksa, samuti kasutavad seda erinevad elundid ja koed energiaallikana aktiivsuse säilitamiseks. 75 kg kaaluva piisava füüsilise vormiga terve mehe keha sisaldab 500-550 g süsivesikuid lihasglükogeeni (umbes 80%), maksa glükogeeni (umbes 16-17%), vere kujul. glükoos (3-4%), mis vastab energiavarudele suurusjärgus 2000 - 2200 kcal.

Maksa glükogeeni (90 - 100 g) kasutatakse erinevate kudede ja elundite normaalse funktsioneerimise tagamiseks vajaliku veresuhkru taseme hoidmiseks. Pikaajalise aeroobse töö korral, mis viib lihaste glükogeenivarude ammendumiseni, saavad lihased ära kasutada osa maksa glükogeenist.

Tuleb meeles pidada, et lihaste ja maksa glükogeenivarud võivad märkimisväärselt suureneda treeningute ja toitumisega seotud manipulatsioonide mõjul, millega kaasneb süsivesikute ammendumine ja sellele järgnev süsivesikute küllastumine. Treeningu ja eritoitumise mõjul võib glükogeeni kontsentratsioon maksas tõusta 2 korda. Glükogeeni koguse suurenemine suurendab selle kättesaadavust ja kasutusmäära järgneval lihastööl.

Keskmise intensiivsusega pikaajalise füüsilise aktiivsuse korral suureneb glükoosi moodustumine maksas 2-3 korda võrreldes selle moodustumisega puhkeolekus. Raske ja pikaajaline töö võib põhjustada 7–10-kordset glükoosiproduktsiooni suurenemist maksas võrreldes puhkeolekus saadud andmetega.

Rasvavarudest tingitud energiavarustuse protsessi efektiivsuse määrab lipolüüsi kiirus ja verevoolu kiirus rasvkoes, mis tagab vabade rasvhapete (FFA) intensiivse kohaletoimetamise lihasrakkudesse. Kui tööd tehakse intensiivsusega 50 - 60% VO2 max, on rasvkoes maksimaalne verevool, mis aitab kaasa FFA maksimaalsele sattumisele verre. Intensiivsem lihastöö on seotud lihaste verevoolu intensiivistumisega koos rasvkoe verevarustuse samaaegse vähenemisega ja sellest tulenevalt lihaskoesse FFA kohaletoimetamise halvenemisega.

Kuigi lipolüüs rullub lahti lihaste aktiivsuse käigus, toimub selle energiaga varustamine juba 30-40 minutil keskmise intensiivsusega töötamise käigus võrdselt nii süsivesikute kui ka lipiidide oksüdatsiooni tõttu. Töö edasine jätkamine, mis viib piiratud süsivesikute ressursside järkjärgulise ammendumiseni, on seotud FFA-de oksüdatsiooni suurenemisega; näiteks maratonidistantsi teise poole energiavarustus jooksu- või maanteerattasõidus (üle 100 km) on peamiselt seotud rasvade kasutamisega.

Hoolimata asjaolust, et lipiidide oksüdatsioonist saadava energia kasutamine on vastupidavuse tagamiseks tõeliselt oluline ainult pikaajalise lihaste aktiivsuse korral, toimub töö esimestest minutitest intensiivsusega üle 60% VO2max, FFA vabanemine triatsüülglütseriididest, nendest. sisenemine ja oksüdatsioon kokkutõmbuvates lihastes. Pärast 30–40 minutit pärast töö algust suureneb FFA tarbimine 3 korda ja pärast 3–4 tundi töötamist 5–6 korda.

Aeroobse treeningu mõjul suureneb triglütseriidide intramuskulaarne kasutamine oluliselt. See kohanemisreaktsioon avaldub nii energiatootmise protsessi kasutuselevõtu kiiruses, mis on tingitud FFA-de oksüdeerumisest lihaste tritseriididest, kui ka nende kasutamise suurenemisest lihaskoest.

Treenitud lihaskoe sama oluline adaptiivne toime on selle rasvavarude kasutamise võime suurenemine. Seega tõusis pärast 12-nädalast aeroobset treeningut järsult võime kasutada triglütseriide töötavates lihastes ja jõudis 40%-ni.

Valkude roll ATP resünteesis ei ole oluline. Paljude aminohapete süsinikskelett on aga kasutatav energiakütusena oksüdatiivse ainevahetuse protsessis, mis avaldub pikaajaliste mõõduka intensiivsusega koormuste korral, mille puhul valkude ainevahetuse panus energiatootmisse võib ulatuda 5–6% i. kogu energiavajadus.

Tänu märkimisväärsetele glükoosi- ja rasvavarudele organismis ning piiramatule võimalusele tarbida hapnikku atmosfääriõhust, võivad aeroobsed protsessid, mille võimsus on väiksem kui anaeroobsetel, pakkuda pikka aega tööd (st nende võimsus on väga suur ja väga kõrge). kõrge efektiivsusega). Uuringud näitavad, et näiteks maratonijooksus jätkub lihaste glükogeeni kasutamise tõttu lihaste töö 80 minutiks. Maksa glükogeenist saab mobiliseerida teatud koguse energiat. Kokku võib see anda 75% maratoni distantsi läbimiseks vajalikust ajast. Ülejäänud energia tuleb rasvhapete oksüdatsioonist. Kuid nende difusioonikiirus verest lihastesse on piiratud, mis piirab energia tootmist nendest hapetest. FFA oksüdatsiooni tulemusena tekkivast energiast piisab lihastöö intensiivsuse hoidmiseks 40–50% VO2max tasemel, samas kui WTO kui tugevamad maratonijooksjad suudavad läbida distantsi intensiivsusega üle 80– 90% VO2max, mis näitab aeroobse energiavarustussüsteemi kõrget kohandamise taset, mis võimaldab mitte ainult tagada süsivesikute, rasvade, üksikute aminohapete ja metaboliitide kasutamise optimaalset kombinatsiooni energia tootmiseks, vaid ka ökonoomset kasutamist. glükogeen.

Seega on kogu glükogeeni aeroobse oksüdatsiooni tagavate reaktsioonide komplekt järgmine. Esimeses etapis moodustub aeroobse glükolüüsi tulemusena püroviinamarihape ja sünteesitakse uuesti teatud kogus ATP-d. Teises, Krebsi tsüklis, tekib CO2 ning vesiniku ioonid (H+) ja elektronid (e-) viiakse elektronide transpordisüsteemi, samuti teatud koguse ATP resünteesiga. Ja lõpuks, viimane etapp on seotud H2O moodustumisega H+, e- ja hapnikust koos energia vabanemisega, mida kasutatakse valdava koguse ATP taassünteesiks. ATP resünteesi kütusena kasutatavad rasvad ja valgud läbivad ka Krebsi tsüklit ja elektronide transpordisüsteemi (joonis 10).

Riis. 10. Aeroobse energiavarustussüsteemi toimimise skemaatiline esitus

Laktaadi energiavarustussüsteem.

Laktaadi energiavarustussüsteemis toimub ATP resüntees glükoosi ja glükogeeni lagunemise tõttu hapniku puudumisel. Seda protsessi nimetatakse tavaliselt anaeroobseks glükolüüsiks. Anaeroobne glükolüüs on palju keerulisem keemiline protsess võrreldes fosfogeeni lagunemise mehhanismidega lakktilises energiavarustussüsteemis. See hõlmab mitmeid keerulisi järjestikuseid reaktsioone, mille tulemusena glükoos ja glükogeen lagundatakse piimhappeks, mida kasutatakse ATP resünteesiks seotud reaktsioonide seerias (joonis 2).

Riis. 2. Anaeroobse glükolüüsi protsessi skemaatiline esitus

1 mooli glükoosi lagunemise tulemusena moodustub 2 mooli ATP ja 1 mooli glükogeeni lagunemisel 3 mooli ATP-d. Samaaegselt energia vabanemisega lihastes ja kehavedelikes tekib püroviinamarihape, mis seejärel muundatakse piimhappeks. Piimhape laguneb kiiresti, moodustades selle soola, laktaadi.

Piimhappe kogunemine glükolüütilise mehhanismi intensiivse aktiivsuse tagajärjel põhjustab lihastes suure laktaadi- ja vesinikioonide (H +) moodustumise. Selle tulemusel, hoolimata puhversüsteemide toimest, väheneb lihaste pH järk-järgult 7,1-lt 6,9-le ja isegi 6,5-6,4-le. Intratsellulaarne pH, alates tasemest 6,9-6,8, aeglustab ATP täiendamise glükolüütilise reaktsiooni intensiivsust ja pH 6,5-6,4 juures glükogeeni lagunemine peatub. Seega on just piimhappe kontsentratsiooni tõus lihastes see, mis piirab glükogeeni lagunemist anaeroobsel glükolüüsil.

Erinevalt alaktilisest energiavarustussüsteemist, mille võimsus saavutab maksimaalse jõudluse juba esimesel töösekundil, kulgeb glükolüüsi aktiveerimise protsess palju aeglasemalt ja saavutab energiatootmise kõrged väärtused alles 5–10 sekundiga. operatsiooni. Glükolüütilise protsessi võimsus on oluliselt madalam kreatiinfosfokinaasi mehhanismi võimsusest, kuid võrreldes aeroobse oksüdatsioonisüsteemi võimalustega on see mitu korda suurem. Eelkõige juhul, kui CF-i lagunemisest tingitud ATP energiatootmise tase on 9–10 mmol/kg f.w./s (värske koe mass), siis glükolüüsi ühendamisel võib toodetava ATP maht tõusta 14 mmol/kg-ni. f.m. t./s. Tänu mõlema ATP resünteesi allika kasutamisele 3-minutilise intensiivse töö käigus on inimese lihassüsteem võimeline tootma ligikaudu 370 mmol/kg kehamassi kohta. Samal ajal moodustab glükolüüs vähemalt 80% kogutoodangust. Laktaadi anaeroobse süsteemi maksimaalne võimsus avaldub 20–25 töösekundi juures ja 30–60 sekundi juures on töö energiavarustuses peamine ATP resünteesi glükolüütiline rada.

Piimhappeanaeroobse süsteemi võimsus tagab selle valdava osaluse energiatootmises kuni 30–90 s kestvate tööde tegemisel. Pikema töö korral glükolüüsi roll järk-järgult väheneb, kuid jääb märkimisväärseks ka pikema töö korral - kuni 5-6 minutit. Glükolüüsi tulemusel tekkiva energia koguhulka saab pärast laktaadi energiavarustussüsteemi maksimaalset mobiliseerimist nõudvate tööde teostamist visuaalselt hinnata ka vere laktaadiindikaatorite abil. Treenimata inimestel on laktaadi piirkontsentratsioon veres 11–12 mmol / l. Treeningu mõjul suureneb laktaadisüsteemi võime järsult ja laktaadi kontsentratsioon veres võib ulatuda 25-30 mmol/l ja üle selle.

Energia moodustumise ja laktaadi maksimaalsed väärtused veres naistel on 30-40% madalamad kui sama spordiala meestega. Noorsportlasi iseloomustab täiskasvanutega võrreldes madal anaeroobne võimekus. laktaadi maksimaalne kontsentratsioon veres nendes anaeroobse iseloomuga piirkoormuste juures ei ületa 10 mmol/kg, mis on 2-3 korda madalam kui täiskasvanud sportlastel.

Seega võivad laktaadi anaeroobse süsteemi adaptiivsed reaktsioonid kulgeda erinevates suundades. Üks neist on glükolüütilise protsessi liikuvuse suurenemine, mis väljendub selle maksimaalse jõudluse palju kiiremas saavutamises (15–20–5–8 s). Teine reaktsioon on seotud anaeroobse glükolüütilise süsteemi võimsuse suurenemisega, mis võimaldab toota ajaühikus palju suuremat energiahulka. Kolmas reaktsioon taandub süsteemi võimsuse ja loomulikult kogu toodetud energia mahu suurenemiseni, mille tulemusena pikeneb töö kestus, peamiselt glükolüüsi teel.

Laktaadi ja pH maksimaalne väärtus arteriaalses veres mõne spordiala võistluste ajal on näidatud joonisel fig. 3.

Joonis 3. Laktaadi ja pH maksimumväärtused arteriaalses veres erinevatele spordialadele spetsialiseerunud sportlastel: a - jooksmine (400, 800 m); b - kiiruisutamine (500, 1000m); c - sõudmine (2000 m); d - ujumine 100 m; e - bobikelk; e - jalgrattasõit (100 km)
(Eindemann ja Keul, 1977)

Need annavad üsna täieliku pildi laktaadi anaeroobsete energiaallikate rollist kõrgete sportlike tulemuste saavutamisel erinevatel spordialadel ning anaeroobse glükolüüsi süsteemi adaptiivsetest varudest.

Töö optimaalse kestuse valikul, mis tagab maksimaalse laktaadi kontsentratsiooni lihastes, tuleb arvestada, et maksimaalset laktaadisisaldust järgitakse äärmuslike koormuste kasutamisel, mille kestus varieerub vahemikus 1 - 6 minutit. Tööaja pikenemine on seotud laktaadi kontsentratsiooni vähenemisega lihastes.

Anaeroobse võimsuse suurendamiseks optimaalse meetodi valimiseks on oluline jälgida laktaadi akumuleerumise tunnuseid maksimaalse intensiivsusega katkendliku töö ajal. Näiteks üheminutilised ekstreemsed koormused koos neljaminutilise pausiga põhjustavad vere laktaadi püsivat tõusu (joonis 4), vähendades samal ajal happe-aluse seisundit (joonis 5).

Riis. 4. Vere laktaadi kontsentratsiooni muutus vahelduva maksimaalse treeningu ajal (ühe minuti pikkune treening 95% intensiivsusega, mida eraldavad 4-minutilised puhkeperioodid) (Hermansen, Stenswold, 1972)

Riis. 5. Vere pH muutused vahelduva üheminutilise maksimaalse intensiivsusega koormuste ajal (Hollman, Hettinger, 1980)

Sarnast efekti täheldatakse 15–20-sekundiliste maksimaalse võimsusega harjutuste sooritamisel umbes 3-minutilise pausiga (joonis 6).

Riis. 6. Biokeemiliste muutuste dünaamika sportlastel lühiajaliste maksimaalse võimsusega harjutuste korduval sooritamisel (N. Volkov et al., 2000)

Alaktaadi energiavarustussüsteem.

See energiavarustussüsteem on kõige vähem keerukas, seda iseloomustab suur energia vabastamise võimsus ja lühike toimeaeg. Energia moodustumine selles süsteemis toimub energiarikaste fosfaatühendite – adenosiintrifosfaadi (ATP) ja kreatiinfosfaadi (CP) – lagunemise tõttu. ATP lagunemise tulemusena tekkiv energia lülitatakse täielikult tööks vajaliku energiaga varustamise protsessi juba esimese sekundiga. Kuid juba teisel sekundil käib töö tänu kreatiinfosfaadile (CP), mis ladestub lihaskiududesse ja sisaldab energiarikkaid fosfaadiühendeid. Nende ühendite lagunemine toob kaasa intensiivse energia vabanemise. CP lagunemise lõppsaadused on kreatiin (Cr) ja anorgaaniline fosfaat (Pn). Reaktsiooni stimuleerib ensüüm kreatiinkinaas ja see näeb skemaatiliselt välja järgmine:

CP lagunemisel vabanev energia on saadaval ATP resünteesi protsessis, seetõttu järgneb ATP kiirele lagunemisele lihaskontraktsiooni ajal kohe selle taassüntees ADP-st ja Fn-st koos CP lagunemisel vabaneva energia kaasamisega:

Alaktilise energiavarustussüsteemi teine ​​mehhanism on nn müokinaasi reaktsioon, mis aktiveerub olulise lihasväsimuse korral, kui ATP lõhenemise kiirus ületab oluliselt selle resünteesi kiirust. Müokinaasi reaktsiooni stimuleerib ensüüm müokinaas ja see seisneb fosfaatrühma ülekandmises ühelt molekulilt teisele ning ATP ja adenosiinmonofosfaadi (AMP) moodustumisel:

Adenosiinmonofosfaat (AMP), mis on müokinaasi reaktsiooni kõrvalprodukt, sisaldab viimast fosfaatrühma ja erinevalt ATP-st ja ADP-st ei saa seda kasutada energiaallikana. Müokinaasi reaktsioon aktiveerub tingimustes, kui väsimuse tõttu on teised ATP resünteesirajad oma võimed ammendanud.

CF varusid ei saa tööde teostamise käigus täiendada. Selle taassünteesiks saab kasutada ainult ATP lagunemise tulemusena vabanevat energiat, mis on võimalik ainult taastumisperioodil pärast töö lõppu.

Alaktaadisüsteemi, mida eristab väga kõrge energia vabanemise kiirus, iseloomustab samaaegselt äärmiselt piiratud mahutavus. Maksimaalse alaktilise anaeroobse võimsuse tase sõltub fosfaatide (ATP ja CP) hulgast lihastes ja nende kasutamise kiirusest. Sprinditreeningu mõjul saab laktilist anaeroobset jõudu oluliselt tõsta. Spetsiaalse treeningu mõjul saab alaktilise anaeroobse süsteemi võimsust tõsta 40-80%. Näiteks 8-nädalase jooksjate sprinditreeningu tulemusel suurenes puhkeasendis skeletilihaste ATP ja CP ligikaudu 10%.

Lihastes treenimise mõjul ei suurene mitte ainult ATP ja Kf hulk, vaid suureneb oluliselt ka lihaskoe võime neid lõhestada. Teine adaptiivne reaktsioon, mis määrab alaaktilise anaeroobse süsteemi võimsuse, on fosfaatide resünteesi kiirenemine ensüümide, eriti kreatiinfosfokinaasi ja müokinaasi aktiivsuse suurenemise tõttu.

Treeningu mõjul tõusevad oluliselt ka energiavarustuse alaktilise anaeroobse süsteemi maksimaalse võimekuse näitajad. Alaktilise anaeroobse süsteemi võimsus sihipärase pikaajalise treeningu mõjul võib suureneda 2,5 korda. Seda kinnitavad maksimaalse alaktilise O2-võla näitajad: algajatel sportlastel on see 21,5 ml/kg, kõrgklassi sportlastel võib ulatuda 54,5 ml/kg.

Alaktilise energiasüsteemi võimsuse kasv väljendub ka maksimaalse intensiivsusega töö kestuses. Nii et inimestel, kes ei tegele spordiga, saab laktilise anaeroobse protsessi maksimaalset võimsust, mis saavutatakse 0,5–0,7 s pärast töö algust, säilitada mitte rohkem kui 7–10 sekundit, seejärel tipptasemel. sprindialadele spetsialiseerunud sportlastel võib see ilmneda 15–20 sekundi jooksul. Samal ajal kaasneb pika tööajaga selle oluliselt suurem võimsus, mis on tingitud kõrge energiasisaldusega fosfaatide suurest lagunemis- ja taassünteesikiirusest.

ATP ja CF kontsentratsioon meestel ja naistel on peaaegu sama – umbes 4 mmol/kg ATP ja 16 mmol/kg CF. Lihastegevuses kasutatavate fosfogeenide koguhulk on aga meestel oluliselt suurem kui naistel, põhjuseks suured erinevused skeletilihaste kogumahus. Loomulikult on meestel palju suurem alaktilise anaeroobse energiavarustussüsteemi võimsus.

Kokkuvõtteks tuleb märkida, et kõrge alaktilise anaeroobse produktiivsusega inimestel on reeglina madal aeroobne võime, vastupidavus pikaajaliseks tööks. Samas ei ole pikamaajooksjate alaaktilised anaeroobsed võimed mitte ainult võrreldavad sprinteritega, vaid on sageli madalamad kui mittesportlastel.

Lihastegevuse energiavarustussüsteemide üldised omadused

Energia, nagu teate, on üldine kvantitatiivne mõõt, mis seob kokku kõik loodusnähtused, mateeria erinevad liikumisvormid. Kõigist erinevates füüsikalistes protsessides (termilised, mehaanilised, keemilised jne) tekitatud ja kasutatavatest energialiikidest seoses lihaste aktiivsusega tuleks põhitähelepanu suunata keha keemilisele energiale, mille allikaks on toit ja selle muundumine motoorse aktiivsuse mehaaniliseks energiaks.inimene.

Toidu lagunemisel vabanevat energiat kasutatakse adenosiintrifosfaadi (ATP) tootmiseks, mis ladestub lihasrakkudesse ja on omamoodi kütus lihaste kokkutõmbumise mehaanilise energia tootmiseks.

Lihaste kokkutõmbumise energia pärineb adenosiintrifosfaadi (ATP) lagunemisest adenosiindifosfaadiks (ADP) ja anorgaaniliseks fosfaadiks (P). ATP hulk lihastes on väike ja sellest piisab kõrge intensiivsusega töö tagamiseks vaid 1-2 s. Töö jätkamiseks on vajalik ATP resüntees, mis tekib kolme tüüpi energiat vabastavate reaktsioonide tõttu. ATP reservide täiendamine lihastes võimaldab teil säilitada selle kontsentratsiooni konstantset taset, mis on vajalik lihaste täieõiguslikuks kokkutõmbumiseks.

ATP resüntees toimub nii anaeroobsetes kui ka aeroobsetes reaktsioonides, kaasates energiaallikatena lihaskoes sisalduvad kreatiinfosfaadi (CP) ja ADP-varud, aga ka energiarikkad substraadid (lihas- ja maksaglükogeen, lipooskoe varud jne). . Keemilised reaktsioonid, mis viivad lihaste varustamiseni energiaga, toimuvad kolmes energiasüsteemis: 1) anaeroobne alaaktaat, 2) anaeroobne laktaat (glükolüütiline), 3) aeroobne.

Energia moodustumine kahes esimeses süsteemis toimub keemiliste reaktsioonide protsessis, mis ei vaja hapniku olemasolu. Kolmas süsteem tagab lihaste aktiivsuse energiavarustuse hapniku osalusel toimuvate oksüdatsioonireaktsioonide tulemusena. Kõige üldisemad ideed lülitusjärjestuse ja kvantitatiivsete suhete kohta kõigi nende süsteemide lihasaktiivsuse energiavarustuses on näidatud joonisel fig. üks.

Kõigi nende energiasüsteemide võimalused määratakse võimsusega, st energia vabanemise kiirusega metaboolsetes protsessides, ja võimsusega, mille määrab substraadifondide kasutamise suurus ja efektiivsus.

Riis. Joonis 1. Lihastegevuse energiavarustuse protsesside järjestus ja kvantitatiivsed suhted kvalifitseeritud sportlastel erinevates energiasüsteemides (skeem): 1 - alaktiline; 2 - laktaat; 3 - aeroobne

Mis tahes liigese liikumine toimub skeletilihaste kontraktsioonide tõttu. Järgmine diagramm näitab energia metabolismi lihastes.

Igat tüüpi lihaste kontraktiilne funktsioon on tingitud teatud biokeemiliste protsesside keemilise energia muundamisest lihaskiudude mehaaniliseks tööks. Adenosiintrifosfaadi (ATP) hüdrolüüs varustab lihaseid selle energiaga.

Alates lihaste pakkumisest ATP väike, on vaja aktiveerida metaboolsed teed resünteesiks ATP et sünteesi tase vastaks lihaste kokkutõmbumise maksumusele. Energiatootmine lihaste tööks võib toimuda anaeroobselt (hapnikku kasutamata) ja aeroobselt. ATP sünteesitud adenosiindifosfaadist ( ADP) kreatiinfosfaadi energia, anaeroobse glükolüüsi või oksüdatiivse metabolismi kaudu. Aktsiad ATP lihastes on suhteliselt tühised ja neist piisab vaid 2-3 sekundiks intensiivseks tööks.

Kreatiinfosfaat

Kreatiinfosfaadi varud ( KrF) lihases on rohkem reserve ATP ja neid saab anaeroobselt kiiresti muundada ATP. KrF- "kiireim" energia lihastes (annab energiat esimese 5-10 sekundiga väga võimsa, jõulise iseloomuga plahvatusliku töö puhul, näiteks kangi tõstmisel). Pärast laost otsa saamist KrF keha jätkab lihaste glükogeeni lagunemist, mis tagab pikema (kuni 2-3 minutit), kuid vähem intensiivse (kolm korda) töö.

glükolüüs

Glükolüüs on anaeroobse metabolismi vorm, mis tagab resünteesi ATP ja KrF glükogeeni või glükoosi anaeroobse lagunemise reaktsioonide tõttu piimhappeks.

KrF peetakse kiiresti vabastavaks kütuseks, mis regenereerub ATP, mida lihastes on ebaoluline kogus ja seetõttu KrF on mõneks sekundiks peamine energiajook. Glükolüüs on keerulisem süsteem, mis võib toimida pikka aega, seega on selle tähtsus pikemaajaliste aktiivsete toimingute jaoks hädavajalik. KrF piiratud selle väikese arvuga. Glükolüüsil on seevastu võimalus suhteliselt pikaajaliseks energiavarustuseks, kuid piimhapet tekitades täidab see sellega motoorsed rakud ja piirab seetõttu lihaste aktiivsust.

Oksüdatiivne ainevahetus

See on seotud töö tegemise võimalusega energiasubstraatide oksüdatsiooni tõttu, mida saab kasutada süsivesikute, rasvade, valkudena, suurendades samal ajal hapniku kohaletoimetamist ja kasutamist töötavates lihastes.

Kiireloomuliste ja lühiajaliste energiavarude täiendamiseks ning pikaajalise töö tegemiseks kasutab lihasrakk nn pikaajalisi energiaallikaid. Nende hulka kuuluvad glükoos ja teised monosahhariidid, aminohapped, rasvhapped, glütserooli toidukomponendid, mis viiakse lihasrakku läbi kapillaaride võrgustiku ja osalevad oksüdatiivses metabolismis. Need energiaallikad tekitavad moodustise ATP kombineerides hapniku kasutamise vesinikukandjate oksüdatsiooniga mitokondriaalses elektronide transpordisüsteemis.

Ühe glükoosi molekuli täieliku oksüdatsiooni käigus sünteesitakse 38 molekuli ATP. Kui võrrelda anaeroobset glükolüüsi süsivesikute aeroobse lagundamisega, siis on näha, et aeroobne protsess on 19 korda tõhusam.

Lühiajalise intensiivse füüsilise tegevuse sooritamisel on peamised energiaallikad KrF, glükogeeni ja skeletilihaste glükoosi. Nendel tingimustel on peamine haridust piirav tegur ATP, võime eeldada vajaliku hapnikukoguse puudumist. Intensiivne glükolüüs toob kaasa suures koguses piimhappe kogunemise skeletilihastesse, mis hajub järk-järgult verre ja kandub edasi maksa. Piimhappe kõrge kontsentratsioon muutub oluliseks teguriks reguleerimismehhanismis, mis pärsib vabade rasvhapete vahetust 30-40 sekundit kestva treeningu ajal.

Füüsilise aktiivsuse kestuse pikenedes väheneb järk-järgult insuliini kontsentratsioon veres. See hormoon osaleb aktiivselt rasvade ainevahetuse reguleerimises ja kõrgel kontsentratsioonil pärsib lipaaside aktiivsust. Insuliini kontsentratsiooni vähenemine pikaajalise füüsilise koormuse ajal põhjustab insuliinist sõltuvate ensüümsüsteemide aktiivsuse suurenemist, mis väljendub lipolüüsi protsessi suurenemises ja rasvhapete depoost vabanemise suurenemises.

Selle reguleeriva mehhanismi tähtsus ilmneb siis, kui sportlased teevad kõige tavalisema vea. Tihti, püüdes organismile kergesti seeditavaid energiaallikaid pakkuda, võetakse tund enne võistluse või treeningu algust süsivesikuterikast einet või glükoosi sisaldavat kontsentreeritud jooki. Selline keha küllastumine kergesti seeditavate süsivesikutega viib 15-20 minuti pärast vere glükoositaseme tõusuni ja see omakorda põhjustab kõhunäärme rakkude suurenenud insuliini vabanemist. Selle hormooni kontsentratsiooni suurenemine veres toob kaasa glükoosi kui lihaste aktiivsuse energiaallika tarbimise suurenemise. Lõppkokkuvõttes tarbitakse kehas energiarikaste rasvhapete asemel süsivesikuid. Seega võib glükoosi võtmine tund enne starti oluliselt mõjutada sportlikku sooritust ja vähendada vastupidavust pikaajalisele treeningule.

Vabade rasvhapete aktiivne osalemine lihastegevuse energiavarustuses võimaldab säästlikumalt sooritada pikaajalist füüsilist tegevust. Suurenenud lipolüüs treeningu ajal viib rasvhapete vabanemiseni rasvaladudest verre ja neid saab viia skeletilihastesse või kasutada vere lipoproteiinide moodustamiseks. Skeletilihastes sisenevad vabad rasvhapped mitokondritesse, kus nad läbivad järjestikust oksüdatsiooni, mis on seotud fosforüülimise ja sünteesiga ATP.

Kõiki loetletud füüsilise jõudluse bioenergia komponente iseloomustavad võimsuse, võimsuse ja efektiivsuse kriteeriumid (tabel 1).

Tabel 1. Ainevahetusprotsesside peamised bioenergeetilised karakteristikud - energiaallikad lihastegevuse ajal

Võimsuse kriteerium hindab maksimaalset energiahulka ajaühiku kohta, mida iga ainevahetussüsteem suudab pakkuda.

Võimsuse kriteerium hindab kehas kasutamiseks saadaolevate energiaainete koguvarusid või selle komponendi tõttu tehtud töö kogumahtu.

Tõhususe kriteerium näitab, kui palju välist (mehaanilist) tööd saab teha iga kulutatud energiaühiku kohta.

Suur tähtsus on aeroobse ja anaeroobse energia tootmise vahekorral erineva intensiivsusega tööde tegemisel. Kergejõustiku jooksudistantside näitel saab seda suhet esitada (tabel 2)

Tabel 2. Aeroobse ja anaeroobse energia tootmise mehhanismide suhteline panus ühe töö tegemisel erineva kestusega maksimaalse intensiivsusega