Vad får en person att röra sig? Vad är energiutbyte? Var kommer kroppens energi ifrån? Hur länge kommer det vara? Vid vilken fysisk belastning, vilken energi förbrukas? Det finns många frågor, som du kan se. Men mest av allt dyker de upp när du börjar studera detta ämne. Jag ska försöka göra livet lättare för de mest nyfikna och spara tid. Gå…

Energimetabolism - en uppsättning reaktioner av splittring av organiska ämnen, åtföljd av frisättning av energi.

För att ge rörelse (aktin- och myosinfilament i muskeln) behöver muskeln adenosintrifosfat (ATP). När kemiska bindningar mellan fosfater bryts frigörs energi som används av cellen. I detta fall går ATP in i ett tillstånd med lägre energi i adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfor (P)

Om muskeln fungerar delas ATP ständigt upp i ADP och oorganisk fosfor, samtidigt som den frigör energi (ca 40-60 kJ/mol). För långsiktigt arbete är det nödvändigt att återställa ATP med den hastighet med vilken detta ämne används av cellen.

Energikällorna som används för kortsiktigt, kortsiktigt och långsiktigt arbete är olika. Energi kan genereras både anaerobt (syrefritt) och aerobt (oxidativt). Vilka egenskaper utvecklar en idrottare när han tränar i den aeroba eller anaeroba zonen, skrev jag i artikeln "".

Det finns tre energisystem som säkerställer en persons fysiska arbete:

1. Alaktat eller fosfagen (anaerob). Det är förknippat med processerna för ATP-återsyntes främst på grund av högenergifosfatföreningen - Kreatinfosfat (CrP).
2. Glykolytisk (anaerob). Ger återsyntes av ATP och CRF på grund av reaktionerna av anaerob nedbrytning av glykogen och/eller glukos till mjölksyra (laktat).
3. Aerob (oxidativ). Förmågan att utföra arbete på grund av oxidation av kolhydrater, fetter, proteiner samtidigt som tillförseln och utnyttjandet av syre i arbetande muskler ökar.

Energikällor för korttidsarbete.

Snabbt tillgänglig energi till muskeln tillhandahålls av ATP-molekylen (Adenosine TriPhosphate). Denna energi räcker i 1-3 sekunder. Denna källa används för omedelbart arbete, maximal ansträngning.

ATP + H2O ⇒ ADP + F + Energi

I kroppen är ATP ett av de mest frekvent uppdaterade ämnena; Hos människor är alltså livslängden för en ATP-molekyl mindre än 1 minut. Under dagen genomgår en ATP-molekyl i genomsnitt 2000-3000 resyntescykler (människroppen syntetiserar cirka 40 kg ATP per dag, men innehåller cirka 250 g vid varje givet tillfälle), det vill säga det finns praktiskt taget ingen ATP-reserv i kroppen, och för ett normalt liv är det nödvändigt att ständigt syntetisera nya ATP-molekyler.

Den fylls på med ATP på grund av CRP (Creatine Phosphate), detta är den andra fosfatmolekylen, som har hög energi i muskeln. CrF donerar fosfatmolekylen till ADP-molekylen för bildandet av ATP, vilket säkerställer muskelns förmåga att arbeta under en viss tid.

Det ser ut så här:

ADP+ CrF ⇒ ATP + Cr

Beståndet av KrF räcker upp till 9 sek. arbete. I detta fall faller toppeffekten på 5-6 sekunder. Professionella sprinters försöker öka denna tank (CrF-reserv) ännu mer genom att träna upp till 15 sekunder.

Både i det första fallet och i det andra sker processen för ATP-bildning i ett anaerobt läge, utan deltagande av syre. ATP-återsyntes på grund av CRF utförs nästan omedelbart. Detta system har störst kraft i jämförelse med glykolytiskt och aerobt och ger arbete av "explosiv" karaktär med maximala muskelsammandragningar vad gäller styrka och hastighet. Så ser energiomsättningen ut vid korttidsarbete, med andra ord så fungerar kroppens alktiska energiförsörjningssystem.

Energikällor för korta arbetsperioder.

Var kommer energin till kroppen ifrån vid korta arbeten? I det här fallet är källan en animalisk kolhydrat, som finns i musklerna och mänsklig lever - glykogen. Processen genom vilken glykogen främjar ATP-återsyntes och energifrisättning kallas Anaerob glykolys(Glykolytiskt energiförsörjningssystem).

glykolys– Det här är processen för glukosoxidation, där två molekyler pyrodruvsyra (Pyruvat) bildas av en glukosmolekyl. Ytterligare metabolism av pyrodruvsyra är möjlig på två sätt - aerob och anaerob.

Under aerobt arbete pyrodruvsyra (Pyruvat) är involverad i ämnesomsättningen och många biokemiska reaktioner i kroppen. Det omvandlas till acetyl-koenzym A, som är involverat i Krebs-cykeln som ger andning i cellen. I eukaryoter (celler från levande organismer som innehåller en kärna, det vill säga i mänskliga och djurceller), sker Krebs-cykeln inuti mitokondrierna (MX, detta är cellens energistation).

Krebs cykel(trikarboxylsyracykeln) - ett nyckelsteg i andningen av alla celler som använder syre, det är centrum för skärningspunkten mellan många metabola vägar i kroppen. Utöver energirollen har Krebs-cykeln en betydande plastisk funktion. Genom att delta i biokemiska processer hjälper det till att syntetisera sådana viktiga cellföreningar som aminosyror, kolhydrater, fettsyror, etc.

Om syre inte räcker till, det vill säga arbetet utförs i ett anaerobt läge, sedan genomgår pyrodruvsyra i kroppen anaerob klyvning med bildning av mjölksyra (laktat)

Det glykolytiska anaeroba systemet kännetecknas av hög effekt. Denna process börjar nästan från början av arbetet och når kraften på 15-20 sekunder. arbete med maximal intensitet, och denna kraft kan inte bibehållas i mer än 3 - 6 minuter. För nybörjare, precis som har börjat sporta, räcker kraften knappast till 1 minut.

Energisubstrat för att förse musklerna med energi är kolhydrater - glykogen och glukos. Den totala tillförseln av glykogen i människokroppen för 1-1,5 timmars arbete.

Som nämnts ovan, som ett resultat av den höga kraften och varaktigheten av glykolytiskt anaerobt arbete, bildas en betydande mängd laktat (mjölksyra) i musklerna.

Glykogen ⇒ ATP + Mjölksyra

Laktat från musklerna tränger in i blodet och binder till blodets buffertsystem för att bevara kroppens inre miljö. Om nivån av laktat i blodet stiger, kan buffertsystemen vid något tillfälle inte klara sig, vilket kommer att orsaka en förskjutning av syra-basbalansen till syrasidan. Med försurning blir blodet tjockt och kroppens celler kan inte få det nödvändiga syre och näring. Som ett resultat orsakar detta hämning av nyckelenzymer för anaerob glykolys, upp till fullständig hämning av deras aktivitet. Själva glykolyshastigheten, den alaktiska anaeroba processen och arbetskraften minskar.

Varaktigheten av arbetet i anaerobt läge beror på nivån av laktatkoncentrationen i blodet och graden av motstånd hos muskler och blod mot syraskiftningar.

Blodets buffertkapacitet är blodets förmåga att neutralisera laktat. Ju mer tränad en person är, desto mer buffertkapacitet har han.

Energikällor för kontinuerlig drift.

Energikällorna för människokroppen under långvarigt aerobt arbete, nödvändigt för bildandet av ATP, är muskelglykogen, blodsocker, fettsyror, intramuskulärt fett. Denna process utlöses av utdraget aerobt arbete. Till exempel börjar fettförbränningen (fettoxidation) hos nybörjare efter 40 minuters löpning i den andra pulszonen (ZZ). Hos idrottare börjar oxidationsprocessen redan vid 15-20 minuters löpning. Fett i människokroppen räcker för 10-12 timmars kontinuerligt aerobt arbete.

När de utsätts för syre bryts molekylerna av glykogen, glukos, fett ner, vilket syntetiserar ATP med frisättning av koldioxid och vatten. De flesta reaktioner sker i cellens mitokondrier.

Glykogen + Syre ⇒ ATP + Koldioxid + Vatten

Bildandet av ATP med hjälp av denna mekanism går långsammare än med hjälp av energikällor som används i kortsiktigt och kortsiktigt arbete. Det tar 2 till 4 minuter innan cellens behov av ATP är helt tillfredsställt av den diskuterade aeroba processen. Denna fördröjning beror på att det tar tid för hjärtat att börja öka tillförseln av syrerikt blod till musklerna i den takt som krävs för att möta muskelns ATP-behov.

Fett + Syre ⇒ ATP + Koldioxid + Vatten

Kroppens fettoxidationsfabrik är den mest energikrävande. Sedan oxidationen av kolhydrater produceras 38 ATP-molekyler från 1 glukosmolekyl. Och med oxidation av 1 molekyl fett - 130 molekyler ATP. Men det går mycket långsammare. Dessutom kräver produktionen av ATP genom fettoxidation mer syre än kolhydratoxidation. En annan egenskap hos den oxidativa, aeroba fabriken är att den tar fart gradvis, eftersom syretillförseln ökar och koncentrationen av fettsyror som frigörs från fettvävnaden i blodet ökar.

Du kan hitta mer användbar information och artiklar.

Om vi ​​föreställer oss alla energiproducerande system (energiomsättning) i kroppen i form av bränsletankar, så kommer de att se ut så här:

1. Den minsta tanken är kreatinfosfat (det är som 98 bensin). Den är liksom närmare muskeln och börjar arbeta snabbt. Denna "bensin" räcker i 9 sekunder. arbete.
2. Mellanstor tank - Glykogen (92 bensin). Denna tank är placerad lite längre in i kroppen och bränslet från den kommer från 15-30 sekunders fysiskt arbete. Detta bränsle räcker för 1-1,5 timmars arbete.
3. Stor tank - Fett (diesel). Denna tank är långt borta och det kommer att ta 3-6 minuter innan bränslet börjar rinna från den. Lager av fett i människokroppen för 10-12 timmars intensivt, aerobt arbete.

Jag kom inte på allt detta själv utan tog utdrag ur böcker, litteratur, internetresurser och försökte förmedla det kortfattat till dig. Om du har några frågor - skriv.

Betrakta kroppens energisystem mer i detalj.

Den amerikanske vetenskapsmannen Albert Szent-Györgyi skrev att livet är en kontinuerlig process av absorption, omvandling och rörelse av energi av olika slag och olika värden.

Denna process är mest direkt relaterad till de elektriska egenskaperna hos levande materia, och mer specifikt till dess elektriska ledningsförmåga.

Elektrisk ström är den ordnade rörelsen av laddade partiklar. Bärare av elektriska laddningar kan vara elektroner, joner och hål (i halvledare). Halvledare kännetecknas också av föroreningsledning. När en atom av ett annat grundämne läggs till en halvledarkristall ökar dess ledningsförmåga. Egenskaperna hos halvledare är mycket intressanta. De är mycket känsliga för inverkan av ljus, värme, strålning och så vidare. Om till exempel ljus faller på en halvledare, ökar dess ledningsförmåga kraftigt, eftersom. elektronerna från valensbandet "bryter sig loss" från atomkärnan och ger elektronisk ledningsförmåga. Levande materia är mycket lik en halvledare. Det finns dock en mycket grundläggande skillnad. I levande makromolekyler är bindningsenergin bara några få elektronvolt, medan bindningsenergin i lösningar eller flytande kristaller är cirka 20-30 eV. Denna egenskap är mycket viktig, eftersom den tillåter hög känslighet. Överledning utförs av elektroner som passerar från en molekyl till en annan på grund av tunneleffekten. I proteiner och andra biologiska föremål är rörligheten för laddningsbärare mycket hög. I systemet med kol-syre- och väte-kvävebindningar rör sig en elektron (exciterad) genom hela proteinmolekylens system på grund av tunneleffekten. Eftersom rörligheten för sådana elektroner är mycket hög är konduktiviteten hos proteinsystemet hög.

I en levande organism utförs också jonledning. Bildandet och separationen av joner i levande materia underlättas av närvaron av vatten i proteinsystemet. Proteinsystemets dielektriska konstant beror på den. Laddningsbärarna i detta fall är vätejoner - protoner. Endast i en levande organism realiseras alla typer av ledning samtidigt. Förhållandet mellan olika konduktiviteter varierar beroende på mängden vatten i proteinsystemet. Ju mindre vatten, desto mindre jonledningsförmåga. Om proteinerna torkas, utförs ledningen av elektroner.

I allmänhet är vattnets inverkan inte bara att det är en källa till vätejoner och ger därmed möjlighet till jonledning. Vatten spelar en mer komplex roll för att förändra den totala konduktiviteten. Faktum är att vatten är en föroreningsgivare. Den levererar elektroner (varje vattenmolekyl bryts upp i en proton (kärna) och en elektron). Som ett resultat fyller elektronerna hålen, så hålets konduktivitet minskar. Den krymper en miljon gånger. Därefter överförs dessa elektroner till proteiner, och positionen återställs, men inte helt. Den totala ledningsförmågan efter detta är fortfarande 10 gånger lägre än före tillsatsen av vatten.

Det är möjligt att lägga till proteinsystem inte bara en donator utan också en acceptor, vilket skulle leda till en ökning av antalet hål. Det har fastställts att en sådan acceptor i synnerhet är kloranil, ett ämne som innehåller klor.

Som ett resultat ökar hålets ledningsförmåga så mycket att proteinsystemets totala ledningsförmåga ökar med en faktor på en miljon.

Nukleinsyror spelar också en viktig roll i den levande organismen. Trots att deras struktur, vätebindningar och så vidare skiljer sig från biologiska system, finns det ämnen (icke-biologiska) med i grunden liknande elektrofysiska egenskaper. I synnerhet är ett sådant ämne grafit. Deras bindningsenergi, liksom proteiner, är låg, och den specifika konduktiviteten är hög, även om flera storleksordningar lägre än för proteiner. Men de elektrofysiska egenskaperna hos aminosyrorna är generellt sett desamma som egenskaperna hos proteiner.

Men aminosyror i en levande organisms sammansättning har också egenskaper som proteiner inte har. Dessa är mycket viktiga egenskaper. Tack vare dem förvandlas mekaniska influenser i dem till elektricitet. Denna egenskap hos materia i fysiken kallas piezoelektrisk. I nukleinsyrorna i en levande organism leder termisk verkan också till bildning av elektricitet (termoelektricitet). Båda egenskaperna bestäms av närvaron av vatten. Det är tydligt att dessa egenskaper varierar med mängden vatten. Användningen av dessa egenskaper i en levande organisms organisation och funktion är uppenbar. Så, verkan av stavarna i den visuella näthinnan är baserad på ledningsförmågans beroende av belysning. Men levande organismers molekyler har också elektronisk ledningsförmåga, som metaller.

De elektrofysiska egenskaperna hos proteinsystem och nukleinmolekyler visar sig endast i dynamik, endast i en levande organism. Med början av döden försvinner elektrofysisk aktivitet mycket snabbt. Detta beror på att laddningsbärarnas rörelse har upphört.

Från en jämförelse av de elektriska egenskaperna hos proteinsystem och aminosyror med halvledare kan man få intrycket att de elektriska egenskaperna hos den ena och den andra är desamma. Detta är inte helt sant. Även om det i en levande organisms proteinsystem finns både elektronisk och hål- och jonledningsförmåga, är de sammankopplade på ett mer komplext sätt än i oorganiska och organiska halvledare. Där läggs dessa konduktiviteter helt enkelt ihop och den totala, slutliga konduktiviteten erhålls. I levande organismer är ett sådant aritmetiskt tillägg av konduktivitet oacceptabelt. Här 1+1#2. Det är inget konstigt med det. Detta tyder på att dessa konduktiviteter inte är oberoende av varandra. Deras ömsesidiga förändringar åtföljs av processer som ändrar den övergripande konduktiviteten enligt en mer komplex lag. Därför, när man talar om den elektroniska (eller annan) konduktiviteten hos proteinsystem, läggs ordet "specifik" till. De processer som bestämmer de elektrofysiska egenskaperna hos levande saker är mycket komplexa. Samtidigt med elektriska laddningars rörelse, som bestämmer den elektriska ledningsförmågan, verkar även elektromagnetiska fält på varandra. Elementarpartiklar har magnetiska moment, det vill säga de är magneter. Eftersom dessa magneter interagerar med varandra, etableras en viss orientering av dessa partiklar som ett resultat av denna verkan. Kontinuerligt ändrar molekyler och atomer sitt tillstånd - de utför kontinuerliga och abrupta (diskreta) övergångar från ett elektriskt tillstånd till ett annat. De får extra energi och är glada. Dessa övergångar påverkar rörligheten av laddningsbärare i en levande organism. Således förändrar verkan av elektromagnetiska fält rörelsen hos laddade partiklar. Med hjälp av dessa laddningsbärare överförs information i det centrala nervsystemet (CNS). Signalerna i det centrala nervsystemet som säkerställer att hela organismen fungerar som helhet är elektriska impulser. Men de sprider sig mycket långsammare än i tekniska system. Detta beror på processens komplexitet. Organismen svarar med en handling på en viss yttre påverkan först efter att den har fått information om denna påverkan. Kroppens respons är mycket långsam eftersom signaler om yttre påverkan sprids långsamt. Således beror graden av skyddsreaktioner hos en levande organism på de elektrofysiska egenskaperna hos levande materia. Om elektriska och elektromagnetiska fält verkar utifrån, saktar denna reaktion ner ännu mer. Detta har fastställts både i laboratorieförsök och i att studera inverkan av elektromagnetiska fält under magnetiska stormar på levande system. Förresten, om en levande organisms reaktion på yttre påverkan var många gånger snabbare, skulle en person kunna skydda sig från många influenser, från vilka han nu dör.

Idag känner människor fortfarande inte till alla egenskaperna hos den komplexa elektriska ledningsförmågan hos levande materia. Men det är tydligt att de fundamentalt olika egenskaperna som är inneboende bara för levande varelser beror på dem.

För att avslöja essensen av elektriska fenomen i en levande organism är det nödvändigt att förstå innebörden av potentialen hos ett biologiskt system, biopotential.

Potential är en energimöjlighet. För att riva av en elektron från en väteatom är det nödvändigt att övervinna krafterna som håller den i atomen, det vill säga energi behövs för att utföra detta arbete. Elementarpartiklarnas energi mäts i elektronvolt. Energin som går åt för att frigöra en elektron från en atoms kärna kallas joniseringspotential. För väte är det lika med 13 eV. För atomer av olika grundämnen har det sina egna betydelser.

I levande ämnen är bindningsenergin i molekyler 0,01-1 eV. I livlösa molekyler 30-50 eV. Det är mycket svårt att mäta joniseringspotentialen i biologiska molekyler på grund av de små minimivärdena för elektronenergin. Därför är det bättre att karakterisera dem inte med absoluta värden (elektronvolt), utan av relativa. Vattnets joniseringspotential kan tas som en enhet (vi talar om vatten som finns i biologiska system). Joniseringspotentialen för alla andra biologiska föreningar kan nu bestämmas. Det finns en annan subtilitet här. Väteatomen har bara en valenselektron. Därför är dess joniseringspotential lika med enhet. Om en atom och en molekyl är mer komplexa, så har deras elektroner olika energimöjligheter för lösgöring. I sådana fall tillskrivs joniseringspotentialen valenselektronerna, det vill säga elektronerna med lägst bindningsenergi.

I biologiska system, som ett resultat av en viss fördelning av elektriska laddningar, finns det elektriska fält, därför, på grund av Coulomb-krafterna, är attraktion och avstötning av elektriska laddningar möjlig. Energikarakteristiken för det elektriska fältet är potentialskillnaden (Δj). Potentialskillnaden i biologiska system (biopotentialer) är mycket liten, upp till 10 -6 eV. Värdet av biopotentialer är en entydig indikator på tillståndet för ett biosystem eller dess delar. Det förändras om kroppen är i ett patologiskt tillstånd. I det här fallet förändras en levande organisms reaktioner på miljöfaktorer. De elektrofysiska egenskaperna hos biologiska föreningar bestämmer också hastigheten för reaktionen hos en levande organism, både en enda helhet och dess individuella analysatorer, på verkan av yttre faktorer. Hastigheten på informationsbehandlingen i kroppen beror också på dessa egenskaper. Den uppskattas av storleken på elektrisk aktivitet.

Bioenergifenomen på nivån av elementära partiklar är grunden för huvudfunktionerna hos en levande organism, utan dessa funktioner är livet omöjligt. Energiprocesser i celler (energiomvandling och de mest komplexa biokemiska metaboliska processerna) är möjliga endast på grund av elektronernas deltagande i dem.

Biopotentialer är nära relaterade till den elektriska aktiviteten hos ett givet organ. Således kännetecknas hjärnans elektriska aktivitet av den spektrala tätheten av biopotentialer och spänningsimpulser av olika frekvenser. Det har fastställts att följande biorytmer i hjärnan (i Hz) är karakteristiska för en person: Deltarytm - 0,5-3 Hz; Theta-rytm - 4-7 Hz; Alfarytm - 8-13 Hz; Betarytm - 14-35 Hz; Gammarytm - 36-55 Hz.

Det finns, även om de är oregelbundna, vissa rytmer med högre frekvens. Amplituden av den mänskliga hjärnans elektriska impulser når ett betydande värde - upp till 500 μV.

Alla som är bekanta med elektronik vet att när man sänder information och bearbetar den är inte bara pulsrepetitionshastigheten och deras amplitud viktiga, utan också formen på pulserna.

Hur bildas dessa impulser? Deras egenskaper indikerar att de inte kan skapas av förändringar i jonledningsförmåga. I det här fallet utvecklas processerna långsammare, det vill säga de är mer tröga. Dessa impulser kan endast bildas genom rörelse av elektroner, vars massa är mycket mindre än massan av joner.

Rollen för formen av elektriska impulser kan förstås av exemplet på effektiviteten av hjärtdefibrillering. Det visade sig att effektiviteten för att återställa hjärtats arbete beror på formen på pulsen av den applicerade elektriska spänningen. Dess spektrala täthet är också viktig. Endast med en viss form av impulser återställs den normala rörelsen av laddningsbärare i en levande organism, det vill säga den vanliga elektriska ledningsförmågan återställs, vid vilken organismens normala funktion är möjlig.

I denna metod appliceras elektroder på människokroppen i bröstområdet. Men elektriska impulser i detta fall verkar inte bara direkt på hjärtmuskeln, utan också på det centrala nervsystemet. Tydligen är det andra sättet det mest effektiva, eftersom det centrala nervsystemets möjligheter att påverka alla organ är de bredaste. Kommandon till alla organ kommer snabbast genom det centrala nervsystemet, eftersom dess elektriska ledningsförmåga är mycket högre än den elektriska ledningsförmågan hos muskelvävnader och cirkulationssystemet. Således sker återgången av en organism till liv om det är möjligt att återställa de elektrofysiska egenskaperna hos levande materia, eller snarare, de specifika rörelserna av elektriska laddningar med de egenskaper som är inneboende i levande system.

Av avgörande betydelse för en levande organisms liv och funktion är just en levande organisms elektrofysiska egenskaper. Detta bevisas av sådana fakta.

Det har fastställts att om irriterande faktorer plötsligt verkar på en person, förändras människokroppens motstånd mot elektrisk ström dramatiskt. Det är fundamentalt viktigt att oväntade yttre påverkan kan ha en annan fysisk karaktär. Det kan vara ett starkt ljus och en touch av ett varmt föremål och ett meddelande till en person med oväntad, viktig information för honom. I alla fall är resultatet detsamma - människokroppens elektriska ledningsförmåga ökar. Denna förändring beror också på styrkan hos den yttre faktorn. Men i alla fall sker ökningen av elektrisk ledningsförmåga mycket snabbt, och dess återhämtning till normala värden är mycket långsammare. En snabb förändring i elektrisk ledningsförmåga kan bara ske på grund av elektronisk.

Låt oss ta inverkan på en person av en extern faktor (elektrisk ström). Konsekvenserna av denna påverkan beror inte bara på dess storlek, utan på tillståndet i det mänskliga nervsystemet i det ögonblicket. Död under påverkan av en yttre faktor inträffar om den elektriska ledningsförmågan i centrala nervsystemet störs. Om, under påverkan av yttre faktorer, störs rörelsen av laddningsbärare i hjärncellerna, uppstår ett helt eller partiellt upphörande av syretillförseln till cellerna.

Naturligtvis är denna fråga mycket svår. Det har redan fastställts att den elektriska ledningsförmågan hos olika levande organismer och olika system i en levande organism är olika. Organ som borde reagera snabbast på yttre stimuli har minst tröghetsledning - elektroniska och elektronhål.

Tänk nu på kroppens energisystem.

Det finns åsikter från olika forskare att energi kommer in i kroppen, vilket säkerställer dess funktion som helhet, såväl som alla dess beståndsdelar. Energiladdningar kan ha både positiva och negativa tecken. I en frisk organism finns en balans mellan positiva och negativa energielement. Detta innebär en balans mellan processerna av excitation och hämning. När balansen mellan flödena av positiv och negativ energi störs, går kroppen in i ett sjukdomstillstånd, eftersom balansen i processen av excitation och hämning störs.

Datum: 2010-03-28

Ingen rörelse kan utföras utan att förbruka energi. Den enda universella och direkta energikällan för muskelkontraktion är adenosintrifosfat -ATP; utan det är de tvärgående "broarna utan energi och aktinfilamenten kan inte glida längs myosinfilamenten, muskelfiberns sammandragning sker inte. ATP är en högenergisk (makroerg) fosfatförening, nedbrytningen (hydrolys) av som frigör ca 10 kcal/kg fri energi.När muskeln aktiveras sker en ökad hydrolys av ATP, så intensiteten av energiomsättningen ökar med 100-1000 gånger jämfört med nivån av vila.Men reserverna av ATP i musklerna är relativt försumbara och kan bara räcka till 2-3 sekunders intensivt arbete. Under verkliga förhållanden, för att musklerna ska kunna behålla sin kontraktilitet under lång tid, måste det ske en konstant återhämtning (återsyntes) av ATP kl. samma hastighet som den konsumeras. Kolhydrater, fetter och proteiner används som energikällor. Vid fullständig eller partiell nedbrytning av dessa ämnen frigörs en del av den ackumulerade energin i deras kemiska bindningar. Denna frigjorda energi I och ger ATP-återsyntes (se. tabell).

Energireserver för en person (med en kroppsvikt på 75 kg)

Kroppens bioenergikapacitet är den viktigaste faktorn som begränsar dess fysiska prestation. Bildandet av energi för att säkerställa muskelarbete kan utföras via anaeroba (syrefria) och aeroba (oxidativa) vägar. Beroende på de biokemiska egenskaperna hos de processer som inträffar i detta fall är det vanligt att särskilja tre generaliserade energisystem som säkerställer en persons fysiska prestanda:

alaktiskt anaerob, eller fosfagen, associerad med processerna för ATP-resyntes huvudsakligen på grund av energin hos en annan högenergifosfatförening - kreatinfosfat (CrF);

glykolytisk (laktacid) anaerob, tillhandahålla återsyntes av ATP och CRF på grund av reaktionerna av anaerob nedbrytning av glykogen eller glukos till mjölksyra (LA);

aerob(oxidativ), förknippad med förmågan att utföra arbete på grund av oxidation av energisubstrat, som kan användas som kolhydrater, fetter, proteiner, samtidigt som det ökar tillförseln och utnyttjandet av syre i arbetande muskler.

Var och en av de angivna bioenergikomponenterna för fysisk prestation kännetecknas av kriterier kraft, kapacitet och effektivitet(se fig. 1).

Ris. 1. Dynamik i hastigheten för energitillförselprocesser i arbetande muskler beroende på träningens varaktighet (enligt N.I. Volkovov, 1986)

Kraftkriterium uppskattar den maximala mängden energi per tidsenhet som kan tillhandahållas av vart och ett av de metaboliska systemen.

Kapacitetskriterium utvärderar de totala reserverna av energiämnen som är tillgängliga för användning i kroppen, eller den totala mängden arbete som utförs på grund av denna komponent.

Effektivitetskriterium visar hur mycket externt (mekaniskt) arbete som kan utföras för varje förbrukad energienhet.

Fosfagensystemet är den snabbast mobiliserade energikällan. Återsyntes av ATP på grund av kreatinfosfat under muskelarbete utförs nästan omedelbart. När fosfatgruppen klyvs från CRF frigörs en stor mängd energi, som direkt används för att återställa ATP. Därför är CRF den allra första muskelenergireserven som används som en omedelbar källa till ATP-regenerering. ATP och CrF fungerar som ett enda energiförsörjningssystem för muskelaktivitet. Detta system har den största kraften jämfört med de glykolytiska och aeroba, och spelar huvudrollen för att säkerställa kortsiktigt arbete med maximal kraft, utfört med maximala muskelsammandragningar vad gäller styrka och hastighet: när man utför kortsiktiga ansträngningar av en "explosiv" natur, sprutor, ryck, som till exempel spurt, hoppa, kasta eller slå och sparka i hand-till-hand-strid etc. Den största kraften i den alaktiska anaeroba processen uppnås i övningar som varar 5-6 sekunder och hos högtränade idrottare når den en nivå på 3700 kJ / kg per minut. Kapaciteten hos detta system är dock liten på grund av de begränsade reserverna av ATP och CrF i musklerna. Samtidigt beror uppehållstiden för maximal anaerob effekt inte så mycket på fosfagesystemets kapacitet, utan på den del av det som kan mobiliseras när man arbetar med maximal effekt. Den förbrukade mängden CRF under maximala kraftövningar är bara cirka en tredjedel av dess totala intramuskulära reserver. Därför överstiger varaktigheten av maximal kraft vanligtvis inte 15-20 sekunder även för högt kvalificerade idrottare.

Anaerob glykolys startar praktiskt taget från början av arbetet, men når sin maximala effekt först efter 15-20 sekunders arbete med maximal intensitet, och denna kraft kan inte bibehållas i mer än 2,5 - 3,0 minuter.

Glykolytiskt anaerobt systemet kännetecknas av en tillräckligt hög effekt som når en nivå på cirka 2500 kJ / kg per minut hos högutbildade personer. Energisubstraten är kolhydrater - glykogen och glukos. Glykogenet som lagras i muskelceller och lever är en kedja av glukosmolekyler (glukosenheter). När glykogen bryts ned klyvs dess glukosenheter sekventiellt av. Varje glukosenhet från glykogen återställer 3 ATP-molekyler, medan en glukosmolekyl endast återställer 2 ATP-molekyler. Från varje glukosmolekyl bildas 2 molekyler mjölksyra (LA). Därför, med en hög kraft och varaktighet av glykolytiskt anaerobt arbete, bildas en betydande mängd UA i musklerna. UA ackumuleras i arbetande muskelceller och diffunderar lätt in i blodet och binds till en viss grad av koncentration av blodbuffertsystem för att bevara kroppens inre miljö (homeostas). Om mängden UA som bildas i processen med att utföra arbetet med glykolytisk anaerob orientering överstiger förmågan hos blodbuffertsystem, leder detta till deras snabba utmattning och orsakar en förskjutning i syra-basbalansen i blodet till syrasidan. I slutändan orsakar detta hämning av nyckelenzymer för anaerob glykolys, upp till fullständig hämning av deras aktivitet. Samtidigt minskar även själva glykolyshastigheten. Betydande försurning leder också till en minskning av hastigheten för den alaktiska anaeroba processen och en allmän minskning av arbetskraften.

Varaktigheten av arbetet i en glykolytisk anaerob regim begränsas huvudsakligen inte av mängden (kapaciteten) av dess energisubstrat, utan av nivån av UA-koncentration och graden av vävnadsanpassning till syraskiftningar i muskler och blod. Under utförandet av muskelarbete, huvudsakligen tillhandahållet av anaerob glykolys, sker ingen kraftig utarmning av muskelglykogen och glukos i blodet och levern. I processen med fysisk träning kan hypoglykemi (en minskning av koncentrationen av glukos i blodet) uppstå av andra skäl.För en hög nivå av manifestation av glykolytisk anaerob kapacitet (särskild uthållighet), graden av vävnadsanpassning till de resulterande skiftningarna i syra-basbalansen är avgörande. Här framhävs särskilt faktorn mental stabilitet, som gör det möjligt att, med intensiv muskelaktivitet, genom frivillig ansträngning övervinna de smärtsamma förnimmelserna i de arbetande musklerna som uppstår med utvecklingen av trötthet och fortsätta att utföra arbete, trots den ökande önskan att sluta Det.

När man går från vilotillstånd till muskelaktivitet ökar behovet av syre (dess begäran) många gånger om. Det tar dock minst 1-2 minuter för hjärt-andningssystemets aktivitet att öka så att syresatt blod kan levereras till de arbetande musklerna. Syreförbrukningen av arbetande muskler ökar gradvis, allt eftersom aktiviteten hos vegetativa stödsystem intensifieras. Med en ökning av träningens varaktighet till 5-6 minuter ökar hastigheten för aeroba energigenereringsprocesser snabbt och, med en ökning av varaktigheten av arbetet i mer än 10 minuter, beror energitillförseln nästan helt på aeroba processer. Kraften hos det aeroba energiförsörjningssystemet är dock ungefär 3 gånger lägre än kraften hos fosfagen och 2 gånger – kraften hos det anaeroba glykolytiska systemet (se tabell)

De viktigaste bioenergetiska egenskaperna hos metaboliska processer - energikällor under muskelaktivitet

Samtidigt kännetecknas den aeroba mekanismen för ATP-återsyntes av högsta produktivitet och effektivitet. Under vardagliga förhållanden står det ibland för mer än 90 % av kroppens totala energiproduktion. I det här fallet används alla huvudnäringsämnen som substrat för oxidation: kolhydrater, fetter i form av aminosyror. Bidraget från proteiner till den totala volymen av aerob energiproduktion är mycket litet. Men kolhydrater och fetter används som substrat för aerob oxidation så länge de är tillgängliga för musklerna.

Aerob nedbrytning av kolhydrater upp till ett visst stadium (före bildandet av pyrodruvsyra) utförs på samma sätt som vid anaerob glykolys. Men under aeroba förhållanden förvandlas pyrodruvsyra inte till mjölksyra, utan oxideras vidare till koldioxid och vatten, som lätt utsöndras från kroppen. Samtidigt bildas slutligen 39 ATP-molekyler från en glukosenhet glykogen. Således är aerob glykogenoxidation mer effektiv än anaerob. Ännu mer energi frigörs vid oxidation av fetter. I genomsnitt ger 1 mol av en blandning av olika fettsyror specifika för människokroppen återsyntesen av 138 mol ATP. Med samma viktförbrukning av glykogen och fettsyror ger de sistnämnda nästan tre gånger mer energi än kolhydrater. Fetter har därför den högsta energiintensiteten av alla bioenergetiska substrat (se tabell)

Allmänna egenskaper hos det aeroba energiförsörjningssystemet

Det aeroba energiförsörjningssystemet är betydligt sämre än alaktat- och laktatsystemet när det gäller energiproduktion, graden av inkludering i tillhandahållandet av muskelaktivitet, men det är många gånger överlägset i kapacitet och ekonomi (tabell 1).

Tabell nummer 1. Energitillförsel av muskelarbete

En egenskap hos det aeroba systemet är att bildandet av ATP i cellulära organeller-mitokondrier i muskelvävnad sker med deltagande av syre som levereras av syretransportsystemet. Detta förutbestämmer det aeroba systemets höga effektivitet och ganska stora reserver av glykogen i muskelvävnad och lever, såväl som praktiskt taget obegränsade reserver av lipider - dess kapacitet.

I den mest förenklade formen utförs aktiviteten hos det aeroba energiförsörjningssystemet enligt följande. I det första steget, som ett resultat av komplexa processer, omvandlas både glykogen och fria fettsyror (FFA) till acetyl-koenzym A (acetyl-CoA), den aktiva formen av ättiksyra, som säkerställer att alla efterföljande energigenereringsprocesser fortgår enligt ett enda schema. Men innan bildningen av acetyl-CoA sker oxidationen av glykogen och FFA oberoende av varandra.

Alla de många kemiska reaktionerna som inträffar i processen med aerob ATP-återsyntes kan delas in i tre typer: 1 - aerob glykolys; 2 - Krebs cykel, 3 - elektrontransportsystem (fig. 7).

Ris. 7. Stadier av ATP-resyntesreaktioner i den aeroba processen

Det första steget i reaktionerna är aerob glykolys, vilket resulterar i nedbrytning av glykogen med bildning av CO2 och H2O. Förloppet av aerob glykolys sker enligt samma schema som förloppet för anaerob glykolys diskuterat ovan. I båda fallen, som ett resultat av kemiska reaktioner, omvandlas glykogen till glukos och glukos till pyrodruvsyra med ATP-resyntes. Syre deltar inte i dessa reaktioner. Närvaron av syre upptäcks senare när, med dess deltagande, pyrodruvsyra inte omvandlas till mjölksyra till mjölksyra, och sedan till laktat, som äger rum i processen med anaerob glykolys, utan skickas till det aeroba systemet, slutet produkter av vilka är koldioxid (CO2), som utsöndras från kroppen via lungorna, och vatten (fig. 8)

Ris. 8. Schematiskt förlopp av anaerob och aerob glykolys

Uppdelningen av 1 mol glykogen till 2 mol pyrodruvsyra sker med frigöring av energi som är tillräcklig för återsyntes av 3 mol ATP: Energi + 3ADP + Fn → 3ATP

Från pyrodruvsyran som bildas till följd av nedbrytningen av glykogen avlägsnas CO2 omedelbart, vilket omvandlar den från en trekolsförening till en tvåkolsförening, som i kombination med koenzym A bildar acetyl-CoA, som ingår i det andra steget av aerob ATP-bildning - citronsyracykeln eller Krebscykeln.

I Krebs-cykeln inträffar en serie komplexa kemiska reaktioner, som ett resultat av vilka pyrodruvsyra oxideras - avlägsnande av vätejoner (H +) och elektroner (e-), som så småningom kommer in i syretransportsystemet och deltar i ATP resyntesreaktioner i det tredje steget, bildar CO2, som diffunderar in i blodet och transporteras till lungorna, varifrån det utsöndras från kroppen. I själva Krebs-cykeln bildas endast 2 mol ATP (Fig. 9).

Ris. 9. Schematisk representation av koloxidation i Krebs-cykeln

Det tredje steget äger rum i elektrontransportkedjan (andningskedjan). Reaktionerna som uppstår med deltagande av koenzymer reduceras i allmänhet till följande. Vätejoner och elektroner som frigörs från reaktioner i Krebs-cykeln och i mindre utsträckning vid glykolys transporteras till syre för att bilda vatten som ett resultat. Samtidigt frisatt energi i en serie kopplade reaktioner används för ATP-resyntes. Hela processen som sker längs kedjan av elektronöverföring till syre kallas oxidativ fosforylering. I de processer som sker i andningskedjan förbrukas cirka 90 % av syret som tillförs cellerna och den största mängden ATP bildas. Totalt säkerställer det oxidativa elektrontransportsystemet bildandet av 34 ATP-molekyler från en glykogenmolekyl.

Matsmältning och upptag av kolhydrater i blodomloppet sker i tunntarmen. I levern omvandlas de till glukos, som i sin tur kan omvandlas till glykogen och deponeras i muskler och lever, och används även av olika organ och vävnader som energikälla för att upprätthålla aktiviteten. Kroppen hos en frisk man med tillräcklig fysisk kondition med en kroppsvikt på 75 kg innehåller 500-550 g kolhydrater i form av muskelglykogen (cirka 80%), leverglykogen (ca 16-17%), blod glukos (3-4%), vilket motsvarar energireserver i storleksordningen 2000 - 2200 kcal.

Leverglykogen (90 - 100 g) används för att upprätthålla den nivå av blodsocker som krävs för att säkerställa normal funktion av olika vävnader och organ. Med långvarigt aerobt arbete, vilket leder till utarmning av muskelglykogenlagren, kan en del av leverglykogenet användas av musklerna.

Man bör komma ihåg att muskel- och leverglykogenlagren kan öka avsevärt under påverkan av träning och näringsmanipulationer som involverar kolhydratutarmning och efterföljande kolhydratmättnad. Under påverkan av träning och speciell näring kan koncentrationen av glykogen i levern öka med 2 gånger. En ökning av mängden glykogen ökar dess tillgänglighet och utnyttjandegrad under efterföljande muskelarbete.

Med långvarig fysisk aktivitet av medelintensitet ökar bildningen av glukos i levern med 2-3 gånger jämfört med dess bildning i vila. Ansträngande långvarigt arbete kan leda till en 7 till 10-faldig ökning av glukosproduktionen i levern jämfört med data som erhålls i vila.

Effektiviteten av processen för energiförsörjning på grund av fettreserver bestäms av graden av lipolys och hastigheten på blodflödet i fettvävnaden, vilket säkerställer en intensiv leverans av fria fettsyror (FFA) till muskelceller. Om arbetet utförs med en intensitet på 50 - 60 % VO2 max finns ett maximalt blodflöde i fettvävnaden, vilket bidrar till maximalt intag av FFA i blodet. Mer intensivt muskelarbete är associerat med en intensifiering av muskelblodflödet med en samtidig minskning av blodtillförseln till fettvävnaden och följaktligen med en försämring av FFA-leveransen till muskelvävnaden.

Även om lipolys utvecklas under muskelaktivitet, men redan vid den 30-40:e minuten av arbete med genomsnittlig intensitet, utförs dess energiförsörjning lika på grund av oxidationen av både kolhydrater och lipider. Ytterligare fortsättning av arbetet, vilket leder till en gradvis uttömning av begränsade kolhydratresurser, är förknippad med en ökning av oxidationen av FFA; till exempel är energiförsörjningen under den andra halvan av en maratonsträcka vid löpning eller landsvägscykling (mer än 100 km) främst förknippad med användningen av fett.

Trots att användningen av energi från lipidoxidation är av verklig betydelse för att säkerställa uthållighet endast under långvarig muskelaktivitet, från och med de allra första minuterna av arbete med en intensitet som överstiger 60 % VO2max, sker en frisättning av FFA från triacylglycerider, deras inträde och oxidation i sammandragande muskler. Efter 30-40 minuter efter arbetets början ökar konsumtionen av FFA med 3 gånger och efter 3-4 timmars arbete - med 5-6 gånger.

Intramuskulärt utnyttjande av triglycerider ökar markant under påverkan av aerob träning. Denna adaptiva reaktion manifesteras både i hastigheten för utbyggnaden av processen för energigenerering på grund av oxidation av FFA från muskeltricerider och i en ökning av deras användning från muskelvävnad.

En lika viktig adaptiv effekt av tränad muskelvävnad är att öka dess förmåga att utnyttja fettreserver. Så efter en 12-veckors aerob träning ökade förmågan att använda triglycerider i arbetande muskler kraftigt och nådde 40%.

Proteinernas roll för ATP-återsyntes är inte väsentlig. Kolskelettet av många aminosyror kan dock användas som energibränsle i processen med oxidativ metabolism, vilket visar sig under långvariga belastningar med måttlig intensitet, vid vilka proteinmetabolismens bidrag till energiproduktionen kan nå 5–6 % av det totala energibehovet.

På grund av de betydande reserverna av glukos och fetter i kroppen och den obegränsade möjligheten att konsumera syre från atmosfärisk luft, kan aeroba processer, som har mindre kraft än anaeroba, ge arbete under lång tid (dvs. deras kapacitet är mycket stor med mycket hög effektivitet). Studier visar att till exempel vid maratonlöpning, på grund av användningen av muskelglykogen, fortsätter muskelarbetet i 80 minuter. En viss mängd energi kan mobiliseras från leverglykogen. Totalt kan detta ge 75 % av tiden som behövs för att övervinna maratondistansen. Resten av energin kommer från oxidation av fettsyror. Däremot är deras diffusionshastighet från blodet in i musklerna begränsad, vilket begränsar energiproduktionen från dessa syror. Energin som produceras som ett resultat av FFA-oxidation är tillräcklig för att upprätthålla intensiteten i muskelarbetet på nivån 40–50 % VO2max, medan WTO, som de starkaste maratonlöparna, kan övervinna distansen med en intensitet över 80– 90% VO2max, vilket indikerar en hög nivå av anpassning av det aeroba energiförsörjningssystemet, vilket inte bara gör det möjligt att säkerställa den optimala kombinationen av användningen av kolhydrater, fetter, individuella aminosyror och metaboliter för energiproduktion, utan också ekonomisk användning av glykogen.

Således är hela uppsättningen av reaktioner som ger aerob oxidation av glykogen som följer. I det första steget, som ett resultat av aerob glykolys, bildas pyrodruvsyra och en viss mängd ATP återsyntetiseras. I den andra, i Krebs-cykeln, produceras CO2, och vätejoner (H+) och elektroner (e-) införs i elektrontransportsystemet, också med återsyntes av en viss mängd ATP. Och slutligen är det sista steget associerat med bildandet av H2O från H+, e- och syre med frigörandet av energi som används för återsyntesen av den överväldigande mängden ATP. Fetter och proteiner som används som bränsle för ATP-resyntes passerar också genom Krebs-cykeln och elektrontransportsystemet (Figur 10).

Ris. 10. Schematisk representation av det aeroba energiförsörjningssystemets funktion

Laktat energiförsörjningssystem.

I laktatenergiförsörjningssystemet sker ATP-återsyntes på grund av nedbrytningen av glukos och glykogen i frånvaro av syre. Denna process kallas vanligtvis anaerob glykolys. Anaerob glykolys är en mycket mer komplex kemisk process jämfört med mekanismerna för nedbrytning av fosfogen i det alktiska energiförsörjningssystemet. Det involverar en serie komplexa sekventiella reaktioner, som ett resultat av vilka glukos och glykogen bryts ner till mjölksyra, som används i en serie kopplade reaktioner för ATP-resyntes (Fig. 2).

Ris. 2. Schematisk representation av processen för anaerob glykolys

Som ett resultat av nedbrytningen av 1 mol glukos bildas 2 mol ATP och med nedbrytningen av 1 mol glykogen 3 mol ATP. Samtidigt med frigörandet av energi i musklerna och kroppsvätskorna bildas pyrodruvsyra som sedan omvandlas till mjölksyra. Mjölksyra sönderdelas snabbt och bildar dess salt, laktat.

Ansamlingen av mjölksyra som ett resultat av intensiv aktivitet av den glykolytiska mekanismen leder till en stor bildning av laktat- och vätejoner (H +) i musklerna. Som ett resultat, trots verkan av buffertsystem, minskar muskel-pH gradvis från 7,1 till 6,9 och till och med till 6,5 - 6,4. Intracellulärt pH, med start från nivån 6,9 - 6,8, saktar ner intensiteten av den glykolytiska reaktionen av ATP-påfyllning, och vid pH 6,5 - 6,4 stoppar nedbrytningen av glykogen. Det är alltså ökningen av koncentrationen av mjölksyra i musklerna som begränsar nedbrytningen av glykogen vid anaerob glykolys.

Till skillnad från det alktiska energiförsörjningssystemet, vars kraft når sin maximala prestanda redan under den första sekunden av drift, utvecklas processen för glykolysaktivering mycket långsammare och når höga värden för energiproduktion först efter 5–10 sekunders drift. Kraften i den glykolytiska processen är betydligt sämre än kraften hos kreatinfosfokinasmekanismen, men den är flera gånger högre jämfört med förmågan hos det aeroba oxidationssystemet. I synnerhet om nivån av ATP-energiproduktion på grund av nedbrytningen av CF är 9–10 mmol/kg d.m./s (färsk vävnadsmassa), kan volymen ATP som produceras öka till 14 mmol/ med tillägg av glykolys. kg d.m. t./s. På grund av användningen av båda källorna till ATP-resyntes under ett 3-minuters intensivt arbete, kan det mänskliga muskelsystemet producera cirka 370 mmol / kg b.w. Samtidigt står glykolysen för minst 80 % av den totala produktionen. Den maximala kraften hos det anaeroba laktatsystemet manifesteras vid 20–25 sekunders arbete, och vid 30–60 sekunder är den glykolytiska vägen för ATP-återsyntes den viktigaste i energiförsörjningen av arbete.

Kapaciteten hos det mjölksyraanaeroba systemet säkerställer dess övervägande deltagande i energiproduktionen vid arbete i upp till 30–90 s. Med längre arbete minskar rollen av glykolys gradvis, men förblir betydande även med längre arbete - upp till 5-6 minuter. Den totala mängden energi som bildas på grund av glykolys kan också visuellt uppskattas av blodlaktatindikatorer efter att ha utfört arbete som kräver maximal mobilisering av laktatenergiförsörjningssystemet. Hos otränade personer är den begränsande koncentrationen av laktat i blodet 11 - 12 mmol / l. Under påverkan av träning ökar laktatsystemets kapacitet dramatiskt och koncentrationen av laktat i blodet kan nå 25 - 30 mmol / l och över.

De maximala värdena för energibildning och laktat i blodet hos kvinnor är 30-40% lägre jämfört med män med samma sportinriktning. Unga idrottare i jämförelse med vuxna kännetecknas av låg anaerob kapacitet. den maximala koncentrationen av laktat i blodet vid de begränsande belastningarna av anaerob natur i dem överstiger inte 10 mmol/kg, vilket är 2-3 gånger lägre än hos vuxna idrottare.

Således kan de adaptiva reaktionerna hos det laktatanaeroba systemet fortskrida i olika riktningar. En av dem är en ökning av rörligheten för den glykolytiska processen, vilket manifesterar sig i en mycket snabbare uppnående av dess maximala prestanda (från 15–20 till 5–8 s). Den andra reaktionen är förknippad med en ökning av kraften hos det anaeroba glykolytiska systemet, vilket gör att det kan producera en mycket större mängd energi per tidsenhet. Den tredje reaktionen reduceras till en ökning av systemets kapacitet och, naturligtvis, den totala volymen av producerad energi, som ett resultat av vilket varaktigheten av arbetet ökar, huvudsakligen tillhandahållen av glykolys.

Det maximala värdet av laktat och pH i arteriellt blod under tävlingar i vissa sporter visas i fig. 3.

Fig.3. De maximala värdena för laktat och pH i arteriellt blod hos idrottare som specialiserar sig på olika sporter: a - löpning (400, 800 m); b - skridskoåkning (500, 1000m); c - rodd (2000 m); d - simning 100 m; e - bobsläde; e-cykling (100 km)
(Eindemann & Keul, 1977)

De ger en ganska komplett bild av den roll som laktat anaeroba energikällor har för att uppnå höga idrottsresultat inom olika sporter och av de adaptiva reserverna i det anaeroba glykolyssystemet.

När du väljer den optimala varaktigheten av arbetet, som säkerställer maximal koncentration av laktat i musklerna, bör det tas hänsyn till att det maximala laktatinnehållet observeras vid användning av extrema belastningar, vars varaktighet varierar mellan 1 - 6 minuter. Ökningen av arbetets varaktighet är förknippad med en minskning av koncentrationen av laktat i musklerna.

För att välja den optimala metoden för att öka anaerob kapacitet är det viktigt att spåra egenskaperna hos laktatackumulering under intermittent arbete med maximal intensitet. Till exempel leder extrema belastningar på en minut med fyra minuters pauser till en permanent ökning av blodlaktat (fig. 4) samtidigt som syra-basstatus minskar (fig. 5).

Ris. 4. Förändring i blodlaktatkoncentrationen under intermittent maximal träning (en-minuters träning med 95 % intensitet, åtskilda av 4-minuters viloperioder) (Hermansen, Stenswold, 1972)

Ris. 5. Förändringar i blodets pH under intermittenta enminutersbelastningar av maximal intensitet (Hollman, Hettinger, 1980)

En liknande effekt observeras när man utför 15 - 20 sekunder långa övningar med maximal kraft med pauser på cirka 3 minuter (fig. 6).

Ris. 6. Dynamik av biokemiska förändringar hos idrottare under upprepad utförande av kortvariga övningar med maximal kraft (N. Volkov et al., 2000)

Alactate energiförsörjningssystem.

Detta energiförsörjningssystem är det minst komplexa, det kännetecknas av en hög energifrigörande effekt och en kort verkanstid. Bildandet av energi i detta system sker på grund av nedbrytningen av energirika fosfatföreningar - adenosintrifosfat (ATP) och kreatinfosfat (CP). Den energi som genereras som ett resultat av nedbrytningen av ATP ingår helt i processen för energiförsörjning för arbete redan under första sekunden. Men redan i andra sekunden utförs arbetet på grund av kreatinfosfat (CP), som deponeras i muskelfibrer och innehåller energirika fosfatföreningar. Nedbrytningen av dessa föreningar leder till en intensiv frigöring av energi. Slutprodukterna av CP-nedbrytning är kreatin (Cr) och oorganiskt fosfat (Pn). Reaktionen stimuleras av enzymet kreatinkinas och ser schematiskt ut så här:

Energin som frigörs under nedbrytningen av CP är tillgänglig för processen för ATP-återsyntes, därför följs den snabba nedbrytningen av ATP under muskelkontraktion omedelbart av dess återsyntes från ADP och Fn med inblandning av energin som frigörs under nedbrytningen av CP:

En annan mekanism för det alktiska energiförsörjningssystemet är den så kallade myokinasreaktionen, som aktiveras under betydande muskeltrötthet, när hastigheten för ATP-delning avsevärt överstiger hastigheten för dess återsyntes. Myokinasreaktionen stimuleras av enzymet myokinas och består i överföringen av en fosfatgrupp från en molekyl till en annan och bildandet av ATP och adenosinmonofosfat (AMP):

Adenosinmonofosfat (AMP), som är en biprodukt av myokinasreaktionen, innehåller den sista fosfatgruppen och kan, till skillnad från ATP och ADP, inte användas som energikälla. Myokinasreaktionen aktiveras under förhållanden när, på grund av trötthet, andra vägar för ATP-resyntes har uttömt sina möjligheter.

Lager av CF kan inte fyllas på under arbetets gång. För dess återsyntes kan endast den energi som frigörs till följd av nedbrytningen av ATP användas, vilket endast är möjligt under återhämtningsperioden efter arbetets slut.

Alaktatsystemet, som kännetecknas av en mycket hög energifrisättningshastighet, kännetecknas samtidigt av en extremt begränsad kapacitet. Nivån av maximal alaktisk anaerob kraft beror på mängden fosfater (ATP och CP) i musklerna och hur snabbt de används. Under påverkan av sprintträning kan den alaktiska anaerobiska kraften ökas avsevärt. Under påverkan av specialträning kan kraften i det alaktiska anaeroba systemet ökas med 40-80%. Till exempel resulterade 8 veckors sprintträning hos löpare i en ökning av vilande skelettmuskel-ATP och CP med cirka 10 %.

Under påverkan av träning i musklerna ökar inte bara mängden ATP och Kf, utan också muskelvävnadens förmåga att dela upp dem ökar avsevärt. En annan adaptiv reaktion som bestämmer kraften hos det alaktiska anaeroba systemet är accelerationen av fosfatresyntesen på grund av en ökning av aktiviteten hos enzymer, i synnerhet kreatinfosfokinas och myokinas.

Under påverkan av träning ökar också indikatorerna för den maximala kapaciteten hos det alaktiska anaeroba energiförsörjningssystemet avsevärt. Kapaciteten hos det alaktiska anaeroba systemet under påverkan av riktad långvarig träning kan öka med 2,5 gånger. Detta bekräftas av indikatorerna för den maximala alktiska O2-skulden: för nybörjaridrottare är den 21,5 ml/kg, för högklassiga idrottare kan den nå 54,5 ml/kg.

En ökning av kapaciteten hos det alktiska energisystemet manifesteras också i varaktigheten av arbetet med maximal intensitet. Så för personer som inte ägnar sig åt sport kan den maximala kraften i den alaktiska anaeroba processen, uppnådd efter 0,5 - 0,7 s efter arbetets början, bibehållas i högst 7 - 10 s, sedan för toppklass idrottare som specialiserat sig på sprintgrenar, kan det dyka upp inom 15 - 20 s. Samtidigt åtföljs en lång varaktighet av arbetet av dess betydligt större kraft, vilket beror på den höga nedbrytningshastigheten och återsyntesen av högenergifosfater.

Koncentrationen av ATP och CF hos män och kvinnor är nästan densamma - cirka 4 mmol/kg ATP och 16 mmol/kg CF. Den totala mängden fosfogener som kan användas vid muskelaktivitet är dock betydligt större hos män än hos kvinnor, på grund av stora skillnader i den totala volymen av skelettmuskler. Naturligtvis har män en mycket större kapacitet för det alaktiska anaeroba energiförsörjningssystemet.

Sammanfattningsvis bör det noteras att individer med en hög nivå av alaktisk anaerob produktivitet som regel har låg aerob kapacitet, uthållighet för långsiktigt arbete. Samtidigt, hos långdistanslöpare, är den alktiska anaeroba förmågan inte bara ojämförlig med sprinters, utan är ofta sämre än de som registreras hos icke-atleter.

Allmänna egenskaper hos energiförsörjningssystem för muskelaktivitet

Energi är som ni vet ett allmänt kvantitativt mått som länkar samman alla naturfenomen, materiens olika rörelseformer. Av alla typer av energi som genereras och används i olika fysiska processer (termiska, mekaniska, kemiska, etc.) i relation till muskelaktivitet, bör huvuduppmärksamheten fokuseras på kroppens kemiska energi, vars källa är mat och dess omvandling till mekanisk energi av motorisk aktivitet person.

Den energi som frigörs vid nedbrytning av mat används för att producera adenosintrifosfat (ATP), som deponeras i muskelceller och är ett slags bränsle för produktion av mekanisk energi för muskelkontraktion.

Energin för muskelkontraktion kommer från nedbrytningen av adenosintrifosfat (ATP) till adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfat (P). Mängden ATP i musklerna är liten och det räcker för att ge högintensivt arbete endast i 1-2 sekunder. För att fortsätta arbetet är ATP-resyntes nödvändig, som produceras på grund av energifrisättande reaktioner av tre typer. Påfyllning av ATP-reserver i musklerna gör att du kan upprätthålla en konstant nivå av dess koncentration, vilket är nödvändigt för en fullvärdig muskelkontraktion.

ATP-resyntes tillhandahålls både i anaeroba och aeroba reaktioner med involvering av kreatinfosfat (CP) och ADP-reserver som finns i muskelvävnader som energikällor, såväl som energirika substrat (muskel- och leverglykogen, fettvävnadsreserver, etc.) . Kemiska reaktioner som leder till försörjning av muskler med energi sker i tre energisystem: 1) anaerobt alaktat, 2) anaerobt laktat (glykolytiskt), 3) aerobt.

Bildandet av energi i de två första systemen utförs i processen med kemiska reaktioner som inte kräver närvaro av syre. Det tredje systemet tillhandahåller energitillförseln av muskelaktivitet som ett resultat av oxidationsreaktioner som sker med deltagande av syre. De mest allmänna idéerna om växlingssekvensen och kvantitativa förhållanden i energitillförseln av muskelaktiviteten för vart och ett av dessa system visas i fig. ett.

Förmågan hos vart och ett av dessa energisystem bestäms av effekt, det vill säga hastigheten för energifrisättning i metaboliska processer, och kapacitet, som bestäms av storleken och effektiviteten av användningen av substratfonder.

Ris. Fig. 1. Sekvensen och kvantitativa förhållanden för processerna för energiförsörjning av muskelaktivitet hos kvalificerade idrottare i olika energisystem (schema): 1 - alaktisk; 2 - laktat; 3 - aerobic

Rörelsen av vilken led som helst utförs på grund av sammandragningar av skelettmusklerna. Följande diagram visar energiomsättningen i en muskel.

Den kontraktila funktionen hos alla typer av muskler beror på omvandlingen av kemisk energi från vissa biokemiska processer till mekaniskt arbete i muskelfibrer. Hydrolysen av adenosintrifosfat (ATP) förser muskeln med denna energi.

Sedan tillförseln av muskler ATP liten, är det nödvändigt att aktivera metaboliska vägar för återsyntes ATP så att syntesnivån motsvarar kostnaden för muskelkontraktion. Energialstring för muskelarbete kan utföras anaerobt (utan användning av syre) och aerobt. ATP syntetiserad från adenosindifosfat ( ADP) genom energin av kreatinfosfat, anaerob glykolys eller oxidativ metabolism. Lager ATP i musklerna är relativt försumbara och de kan bara räcka till 2-3 sekunders intensivt arbete.

Kreatinfosfat

Lager av kreatinfosfat ( KrF) det finns fler reserver i muskeln ATP och de kan anaerobt snabbt omvandlas till ATP. KrF- den "snabbaste" energin i musklerna (den ger energi under de första 5-10 sekunderna av ett mycket kraftfullt, explosivt arbete av kraftkaraktär, till exempel när man lyfter en skivstång). Efter att ha tagit slut i lager KrF kroppen fortsätter till nedbrytningen av muskelglykogen, vilket ger ett längre (upp till 2-3 minuter), men mindre intensivt (tre gånger) arbete.

glykolys

Glykolys är en form av anaerob metabolism som ger återsyntes ATP och KrF på grund av reaktionerna av anaerob nedbrytning av glykogen eller glukos till mjölksyra.

KrF anses vara ett snabbsläppande bränsle som regenererar ATP, som i musklerna är en obetydlig mängd och därför KrFär den huvudsakliga energidrycken i några sekunder. Glykolys är ett mer komplext system som kan fungera under lång tid, så dess betydelse är avgörande för längre aktiva handlingar. KrF begränsat till sitt ringa antal. Glykolys har å andra sidan möjlighet till en relativt långvarig energiförsörjning, men genom att producera mjölksyra fyller den motorcellerna med det och begränsar därför muskelaktiviteten.

Oxidativ metabolism

Det är förknippat med möjligheten att utföra arbete på grund av oxidation av energisubstrat, som kan användas som kolhydrater, fetter, proteiner, samtidigt som det ökar tillförseln och utnyttjandet av syre i arbetande muskler.

För att fylla på akuta och kortsiktiga energireserver och utföra långsiktigt arbete använder muskelcellen de så kallade långsiktiga energikällorna. Dessa inkluderar glukos och andra monosackarider, aminosyror, fettsyror, glycerolmatkomponenter som levereras till muskelcellen genom kapillärnätverket och involverade i oxidativ metabolism. Dessa energikällor genererar formationen ATP genom att kombinera syreanvändning med oxidation av vätebärare i det mitokondriella elektrontransportsystemet.

I processen med fullständig oxidation av en molekyl glukos syntetiseras 38 molekyler ATP. När man jämför anaerob glykolys med aerob nedbrytning av kolhydrater kan man se att den aeroba processen är 19 gånger effektivare.

Under utförandet av kortvarig intensiv fysisk aktivitet är de viktigaste energikällorna KrF, glykogen och skelettmuskelglukos. Under dessa förhållanden, den viktigaste faktorn som begränsar utbildning ATP, kan vi anta frånvaron av den erforderliga mängden syre. Intensiv glykolys leder till ackumulering av stora mängder mjölksyra i skelettmuskulaturen, som gradvis diffunderar in i blodet och överförs till levern. Höga koncentrationer av mjölksyra blir en viktig faktor i den regleringsmekanism som hämmar utbytet av fria fettsyror under träning som varar i 30-40 sekunder.

När varaktigheten av fysisk aktivitet ökar, sker en gradvis minskning av koncentrationen av insulin i blodet. Detta hormon är aktivt involverat i regleringen av fettmetabolismen och, vid höga koncentrationer, hämmar aktiviteten av lipaser. En minskning av insulinkoncentrationen under långvarig fysisk ansträngning leder till en ökning av aktiviteten hos insulinberoende enzymsystem, vilket manifesteras i en ökning av lipolysen och en ökning av frisättningen av fettsyror från depån.

Vikten av denna regleringsmekanism blir uppenbar när idrottare gör det vanligaste misstaget. Ofta, när de försöker förse kroppen med lättsmälta energikällor, en timme innan en tävling eller träning börjar, äter de en kolhydratrik måltid eller en koncentrerad dryck som innehåller glukos. En sådan mättnad av kroppen med lättsmälta kolhydrater leder efter 15-20 minuter till en ökning av blodsockernivåerna, och detta orsakar i sin tur en ökad frisättning av insulin från pankreasceller. En ökning av koncentrationen av detta hormon i blodet leder till en ökning av konsumtionen av glukos som energikälla för muskelaktivitet. I slutändan, istället för energirika fettsyror, konsumeras kolhydrater i kroppen. Så att ta glukos en timme före start kan avsevärt påverka sportprestanda och minska uthålligheten till långvarig träning.

Fria fettsyrors aktiva deltagande i energiförsörjningen av muskelaktivitet gör det möjligt att mer ekonomiskt utföra långsiktig fysisk aktivitet. En ökning av lipolysprocessen under träning leder till att fettsyror från fettdepåer frigörs i blodet, och de kan levereras till skelettmuskulaturen eller användas för att bilda blodlipoproteiner. I skelettmuskulaturen kommer fria fettsyror in i mitokondrierna, där de genomgår sekventiell oxidation, tillsammans med fosforylering och syntes ATP.

Var och en av de angivna bioenergikomponenterna för fysisk prestanda kännetecknas av kraft-, kapacitets- och effektivitetskriterier (tabell 1).

Tabell 1. Huvudsakliga bioenergetiska egenskaper hos metaboliska processer - energikällor under muskelaktivitet

Effektkriteriet utvärderar den maximala mängden energi per tidsenhet som kan tillhandahållas av vart och ett av de metaboliska systemen.

Kapacitetskriteriet utvärderar de totala reserverna av energiämnen som är tillgängliga för användning i kroppen, eller den totala mängden arbete som utförs på grund av denna komponent.

Effektivitetskriteriet visar hur mycket externt (mekaniskt) arbete som kan utföras för varje förbrukad energienhet.

Av stor betydelse är förhållandet mellan aerob och anaerob energiproduktion när man utför arbete med olika intensitet. I exemplet med löpavstånd från friidrott kan detta förhållande representeras (tabell 2)

Tabell 2. Relativt bidrag från mekanismerna för aerob och anaerob energiproduktion när man utför med maximal intensitet av ett enda arbete av olika varaktighet