อะไรทำให้คนเคลื่อนไหว? การแลกเปลี่ยนพลังงานคืออะไร? พลังงานของร่างกายมาจากไหน? มันจะนานแค่ไหน? ใช้พลังงานเท่าไร? มีคำถามมากมายอย่างที่คุณเห็น แต่ส่วนใหญ่จะปรากฏเมื่อคุณเริ่มศึกษาหัวข้อนี้ ฉันจะพยายามทำให้ชีวิตง่ายขึ้นสำหรับคนที่อยากรู้อยากเห็นมากที่สุดและประหยัดเวลา ไป…

เมแทบอลิซึมของพลังงาน - ชุดของปฏิกิริยาการแยกสารอินทรีย์พร้อมกับการปล่อยพลังงาน

เพื่อให้การเคลื่อนไหว (เส้นใยแอคตินและไมโอซินในกล้ามเนื้อ) กล้ามเนื้อต้องการ Adenosine TriPhosphate (ATP) เมื่อพันธะเคมีระหว่างฟอสเฟตแตกสลาย พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งเซลล์จะใช้ ในกรณีนี้ ATP จะเข้าสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าใน Adenosine DiPhosphate (ADP) และ Inorganic Phosphorus (P)

หากกล้ามเนื้อทำงาน ATP จะถูกแบ่งออกเป็น ADP และอนินทรีย์ฟอสฟอรัสอย่างต่อเนื่องในขณะที่ปล่อยพลังงาน (ประมาณ 40-60 kJ / mol) สำหรับงานระยะยาว จำเป็นต้องคืนค่า ATP ในอัตราที่เซลล์ใช้สารนี้

แหล่งพลังงานที่ใช้สำหรับงานระยะสั้น ระยะสั้น และระยะยาวนั้นแตกต่างกัน สามารถสร้างพลังงานได้ทั้งแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ปราศจากออกซิเจน) และแบบแอโรบิก (ออกซิเดชัน) นักกีฬาพัฒนาคุณสมบัติอะไรบ้างเมื่อฝึกในโซนแอโรบิกหรือแอนแอโรบิกฉันเขียนไว้ในบทความ ""

มีระบบพลังงานสามระบบที่รับรองการทำงานทางกายภาพของบุคคล:

1. Alactate หรือ phosphagenic (ไม่ใช้ออกซิเจน) มีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ ATP ใหม่เนื่องจากสารประกอบฟอสเฟตที่มีพลังงานสูง - Creatine Phosphate (CrP)
2. Glycolytic (ไม่ใช้ออกซิเจน) ให้การสังเคราะห์ใหม่ของ ATP และ CRF เนื่องจากปฏิกิริยาของการสลายไกลโคเจนและ / หรือกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นกรดแลคติก (แลคเตท)
3. แอโรบิก (ออกซิเดชัน). ความสามารถในการทำงานอันเนื่องมาจากการออกซิเดชั่นของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน ในขณะที่เพิ่มการส่งและการใช้ออกซิเจนในกล้ามเนื้อทำงาน

แหล่งพลังงานสำหรับงานระยะสั้น

พลังงานที่เข้าถึงกล้ามเนื้อได้อย่างรวดเร็วนั้นมาจากโมเลกุล ATP (Adenosine TriPhosphate) พลังงานนี้เพียงพอสำหรับ 1-3 วินาที แหล่งนี้ใช้สำหรับการทำงานทันที ความพยายามสูงสุด

ATP + H2O ⇒ ADP + F + พลังงาน

ในร่างกาย ATP เป็นหนึ่งในสารที่มีการปรับปรุงบ่อยที่สุด ดังนั้น ในมนุษย์ อายุขัยของโมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุลจึงน้อยกว่า 1 นาที ในระหว่างวัน โมเลกุล ATP หนึ่งตัวต้องผ่านรอบการสังเคราะห์เฉลี่ย 2,000-3,000 รอบ (ร่างกายมนุษย์สังเคราะห์ ATP ได้ประมาณ 40 กิโลกรัมต่อวัน แต่มีประมาณ 250 กรัมในช่วงเวลาใดก็ตาม) กล่าวคือ แทบไม่มีการสำรอง ATP ในร่างกายและสำหรับชีวิตปกติจำเป็นต้องสังเคราะห์โมเลกุล ATP ใหม่อย่างต่อเนื่อง

มันถูกเติมเต็มด้วย ATP เนื่องจาก CRP (Creatine Phosphate) ซึ่งเป็นโมเลกุลฟอสเฟตที่สองซึ่งมีพลังงานสูงในกล้ามเนื้อ CrF บริจาคโมเลกุลฟอสเฟตให้กับโมเลกุล ADP เพื่อสร้าง ATP ซึ่งจะทำให้กล้ามเนื้อสามารถทำงานได้ในช่วงเวลาหนึ่ง

ดูเหมือนว่านี้:

ADP+ CrF ⇒ ATP + Cr

สต็อกของ KrF นานถึง 9 วินาที งาน. ในกรณีนี้ กำลังสูงสุดจะอยู่ที่ 5-6 วินาที นักวิ่งมืออาชีพพยายามเพิ่มรถถังนี้ (สำรอง CrF) ให้มากขึ้นด้วยการฝึกฝนสูงสุด 15 วินาที

ทั้งในกรณีแรกและครั้งที่สอง กระบวนการสร้าง ATP เกิดขึ้นในโหมดไม่ใช้ออกซิเจนโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจน การสังเคราะห์ ATP ใหม่เนื่องจาก CRF ทำได้เกือบจะในทันที ระบบนี้มีพลังมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับไกลโคไลติกและแอโรบิก และให้งานที่มีลักษณะ "ระเบิด" ด้วยการหดตัวของกล้ามเนื้อสูงสุดในแง่ของความแข็งแรงและความเร็ว นี่คือลักษณะที่เมแทบอลิซึมของพลังงานในระหว่างการทำงานระยะสั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง นี่คือวิธีการทำงานของระบบจ่ายพลังงาน alactic ของร่างกาย

แหล่งพลังงานในการทำงานช่วงสั้นๆ

พลังงานสำหรับร่างกายมาจากไหนในช่วงทำงานสั้น ๆ ? ในกรณีนี้แหล่งที่มาคือคาร์โบไฮเดรตจากสัตว์ซึ่งพบได้ในกล้ามเนื้อและตับของมนุษย์ - ไกลโคเจน กระบวนการที่ไกลโคเจนส่งเสริมการสังเคราะห์ ATP และการปล่อยพลังงานเรียกว่า ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน(ระบบจ่ายพลังงานไกลโคไลติก).

ไกลโคไลซิส- นี่คือกระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส ซึ่งกรดไพรูวิก (Pyruvate) สองโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลของกลูโคสหนึ่งโมเลกุล เมแทบอลิซึมของกรดไพรูวิกเป็นไปได้สองวิธี - แอโรบิกและไม่ใช้ออกซิเจน

ระหว่างทำงานแอโรบิกกรดไพรูวิก (Pyruvate) เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญและปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่างในร่างกาย มันถูกแปลงเป็น acetyl-coenzyme A ซึ่งเกี่ยวข้องกับวงจร Krebs ที่ให้การหายใจในเซลล์ ในยูคาริโอต (เซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีนิวเคลียส นั่นคือ ในเซลล์ของมนุษย์และสัตว์) วงจร Krebs เกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรีย (MX นี่คือสถานีพลังงานของเซลล์)

เครบส์ ไซเคิล(วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) - ขั้นตอนสำคัญในการหายใจของเซลล์ทั้งหมดโดยใช้ออกซิเจน เป็นศูนย์กลางของจุดตัดของวิถีการเผาผลาญในร่างกาย นอกจากบทบาทด้านพลังงานแล้ว วัฏจักร Krebs ยังมีฟังก์ชันพลาสติกที่สำคัญอีกด้วย โดยมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมี ช่วยสังเคราะห์สารประกอบของเซลล์ที่สำคัญ เช่น กรดอะมิโน คาร์โบไฮเดรต กรดไขมัน เป็นต้น

ถ้าออกซิเจนไม่เพียงพอนั่นคืองานจะดำเนินการในโหมดไม่ใช้ออกซิเจนจากนั้นกรดไพรูวิกในร่างกายจะผ่านความแตกแยกแบบไม่ใช้ออกซิเจนด้วยการก่อตัวของกรดแลคติก (แลคเตท)

ระบบไกลโคไลติกแอนแอโรบิกนั้นมีพลังงานสูง กระบวนการนี้เริ่มต้นเกือบตั้งแต่เริ่มงานและถึงพลังใน 15-20 วินาที การทำงานที่มีความเข้มข้นสูงสุดและพลังนี้ไม่สามารถคงอยู่ได้นานกว่า 3 - 6 นาที สำหรับมือใหม่เพิ่งเริ่มเล่นกีฬา แรงไม่ถึง 1 นาที

สารตั้งต้นพลังงานเพื่อให้พลังงานแก่กล้ามเนื้อ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต - ไกลโคเจนและกลูโคส ปริมาณไกลโคเจนทั้งหมดในร่างกายมนุษย์เป็นเวลา 1-1.5 ชั่วโมงของการทำงาน

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นอันเป็นผลมาจากพลังงานสูงและระยะเวลาของการทำงานแบบไม่ใช้ออกซิเจนของไกลโคไลติกทำให้เกิดแลคเตท (กรดแลคติก) จำนวนมากในกล้ามเนื้อ

ไกลโคเจน ⇒ ATP + กรดแลคติก

น้ำนมจากกล้ามเนื้อจะแทรกซึมเข้าสู่กระแสเลือดและจับกับระบบบัฟเฟอร์ของเลือดเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมภายในร่างกาย หากระดับแลคเตทในเลือดสูงขึ้น ระบบบัฟเฟอร์ในบางจุดอาจรับมือไม่ได้ ซึ่งจะทำให้ความสมดุลของกรด-เบสเปลี่ยนไปทางด้านกรด การทำให้เป็นกรดจะทำให้เลือดข้นและเซลล์ของร่างกายไม่สามารถรับออกซิเจนและสารอาหารที่จำเป็นได้ เป็นผลให้สิ่งนี้ทำให้เกิดการยับยั้งเอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนจนถึงการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์อย่างสมบูรณ์ อัตราของ glycolysis เอง กระบวนการ alactic anaerobic และพลังในการทำงานลดลง

ระยะเวลาทำงานในโหมดไม่ใช้ออกซิเจนขึ้นอยู่กับระดับความเข้มข้นของแลคเตทในเลือดและระดับความต้านทานของกล้ามเนื้อและเลือดต่อการเปลี่ยนแปลงของกรด

ความสามารถในการบัฟเฟอร์ของเลือดคือความสามารถของเลือดในการทำให้แลคเตทเป็นกลาง ยิ่งบุคคลได้รับการฝึกฝนมากเท่าใด ก็ยิ่งมีความจุบัฟเฟอร์มากขึ้นเท่านั้น

แหล่งพลังงานสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่อง

แหล่งพลังงานสำหรับร่างกายมนุษย์ในระหว่างการทำงานแอโรบิกเป็นเวลานานซึ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวของ ATP คือไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ, ระดับน้ำตาลในเลือด, กรดไขมัน, ไขมันในกล้ามเนื้อ กระบวนการนี้เกิดจากการเต้นแอโรบิกเป็นเวลานาน ตัวอย่างเช่น การเผาผลาญไขมัน (ออกซิเดชันของไขมัน) ในนักวิ่งมือใหม่จะเริ่มขึ้นหลังจากวิ่ง 40 นาทีในโซนอัตราการเต้นของหัวใจที่ 2 (ZZ) สำหรับนักกีฬา กระบวนการออกซิเดชันจะเริ่มขึ้นเมื่อวิ่ง 15-20 นาที ไขมันในร่างกายมนุษย์เพียงพอสำหรับการออกกำลังกายแบบแอโรบิกต่อเนื่อง 10-12 ชั่วโมง

เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน โมเลกุลของไกลโคเจน กลูโคส ไขมันจะสลายตัว สังเคราะห์เอทีพีด้วยการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์

ไกลโคเจน + ออกซิเจน ⇒ ATP + คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ

การก่อตัวของ ATP โดยใช้กลไกนี้ช้ากว่าการใช้แหล่งพลังงานในการทำงานระยะสั้นและระยะสั้น ใช้เวลา 2 ถึง 4 นาทีก่อนที่เซลล์จะต้องการ ATP อย่างสมบูรณ์โดยกระบวนการแอโรบิกที่กล่าวถึง ความล่าช้านี้เป็นเพราะต้องใช้เวลาก่อนที่หัวใจจะเริ่มเพิ่มปริมาณเลือดที่อุดมด้วยออกซิเจนไปยังกล้ามเนื้อในอัตราที่จำเป็นต่อการตอบสนองความต้องการของ ATP ของกล้ามเนื้อ

ไขมัน + ออกซิเจน ⇒ ATP + คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ

โรงงานออกซิเดชั่นไขมันของร่างกายเป็นพลังงานที่เข้มข้นที่สุด เนื่องจากเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต โมเลกุล ATP 38 ตัวจึงผลิตจากโมเลกุลกลูโคส 1 โมเลกุล และด้วยการเกิดออกซิเดชันของไขมัน 1 โมเลกุล - ATP 130 โมเลกุล แต่มันเกิดขึ้นช้ากว่ามาก นอกจากนี้ การผลิต ATP โดยการออกซิเดชันของไขมันนั้นต้องการออกซิเจนมากกว่าการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของโรงงานออกซิเดชันและแอโรบิกคือโรงงานจะได้รับโมเมนตัมอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อการส่งออกซิเจนเพิ่มขึ้นและความเข้มข้นของกรดไขมันที่ปล่อยออกมาจากเนื้อเยื่อไขมันในเลือดเพิ่มขึ้น

คุณสามารถค้นหาข้อมูลและบทความที่เป็นประโยชน์เพิ่มเติม

หากเราจินตนาการถึงระบบการผลิตพลังงานทั้งหมด (เมแทบอลิซึมของพลังงาน) ในร่างกายในรูปแบบของถังเชื้อเพลิง มันก็จะมีลักษณะดังนี้:

1. ถังที่เล็กที่สุดคือ Creatine Phosphate (เหมือนน้ำมันเบนซิน 98) ใกล้เคียงกับกล้ามเนื้อและเริ่มทำงานอย่างรวดเร็ว "น้ำมันเบนซิน" นี้เพียงพอสำหรับ 9 วินาที งาน.
2. ถังกลาง - ไกลโคเจน (92 น้ำมันเบนซิน) รถถังนี้ตั้งอยู่ไกลออกไปเล็กน้อยในร่างกายและเชื้อเพลิงจากมันมาจากการทำงานทางกายภาพ 15-30 วินาที เชื้อเพลิงนี้เพียงพอสำหรับการทำงาน 1-1.5 ชั่วโมง
3. ถังใหญ่ - ไขมัน (น้ำมันดีเซล) ถังนี้อยู่ไกลและจะใช้เวลา 3-6 นาทีก่อนที่เชื้อเพลิงจะเริ่มไหลออกมา สต็อกไขมันในร่างกายมนุษย์เป็นเวลา 10-12 ชั่วโมงของการออกกำลังกายแบบแอโรบิกแบบเข้มข้น

ฉันไม่ได้คิดทั้งหมดนี้ด้วยตัวเอง แต่หยิบเอาข้อมูลจากหนังสือ วรรณกรรม แหล่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต และพยายามถ่ายทอดให้คุณฟังอย่างกระชับ หากคุณมีคำถามใด ๆ - เขียน

พิจารณาระบบพลังงานของร่างกายให้ละเอียดยิ่งขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Albert Szent-Györgyi เขียนว่าชีวิตเป็นกระบวนการต่อเนื่องของการดูดซับ การเปลี่ยนแปลง และการเคลื่อนที่ของพลังงานประเภทต่างๆ และค่านิยมต่างๆ

กระบวนการนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสิ่งมีชีวิต และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง กับการนำไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ ตัวนำพาประจุไฟฟ้าอาจเป็นอิเล็กตรอน ไอออน และรู (ในเซมิคอนดักเตอร์) เซมิคอนดักเตอร์ยังมีลักษณะการนำสิ่งเจือปน เมื่ออะตอมของธาตุอื่นถูกเติมลงในผลึกเซมิคอนดักเตอร์ ค่าการนำไฟฟ้าของธาตุจะเพิ่มขึ้น คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์นั้นน่าสนใจมาก พวกมันไวต่อการกระทำของแสง ความร้อน การแผ่รังสีและอื่น ๆ อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ถ้าแสงตกกระทบสารกึ่งตัวนำ ค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเพราะ อิเล็กตรอนจากวงวาเลนซ์ "แตกออก" จากนิวเคลียสของอะตอมและให้ค่าการนำไฟฟ้า สิ่งมีชีวิตคล้ายกับเซมิคอนดักเตอร์มาก อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างพื้นฐานอย่างมาก ในโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีชีวิต พลังงานยึดเหนี่ยวมีเพียงไม่กี่อิเล็กตรอนโวลต์ ในขณะที่พลังงานยึดเหนี่ยวในสารละลายหรือผลึกเหลวจะอยู่ที่ประมาณ 20-30 eV คุณสมบัตินี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากมีความไวสูง การนำไฟฟ้าดำเนินการโดยอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งเนื่องจากผลกระทบของอุโมงค์ ในโปรตีนและวัตถุทางชีวภาพอื่น ๆ ความคล่องตัวของตัวพาประจุนั้นสูงมาก ในระบบพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนและไฮโดรเจน-ไนโตรเจน อิเล็กตรอน (ที่ถูกกระตุ้น) จะเคลื่อนที่ผ่านระบบทั้งหมดของโมเลกุลโปรตีนเนื่องจากผลกระทบของอุโมงค์ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนดังกล่าวสูงมาก ค่าการนำไฟฟ้าของระบบโปรตีนจึงสูง

ในสิ่งมีชีวิตจะมีการนำไอออนิกด้วย การก่อตัวและการแยกตัวของไอออนในสิ่งมีชีวิตนั้นอำนวยความสะดวกโดยการมีอยู่ของน้ำในระบบโปรตีน ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของระบบโปรตีนขึ้นอยู่กับมัน ตัวพาประจุในกรณีนี้คือไฮโดรเจนไอออน - โปรตอน เฉพาะในสิ่งมีชีวิตเท่านั้นที่รับรู้การนำไฟฟ้าทุกประเภทพร้อมกัน อัตราส่วนระหว่างค่าการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันไปตามปริมาณน้ำในระบบโปรตีน ยิ่งน้ำน้อย ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง หากโปรตีนแห้ง การนำไฟฟ้าจะดำเนินการโดยอิเล็กตรอน

โดยทั่วไปแล้ว อิทธิพลของน้ำไม่เพียงแต่เป็นแหล่งของไฮโดรเจนไอออนเท่านั้น และยังให้ความเป็นไปได้ของการนำไอออนิกอีกด้วย น้ำมีบทบาทที่ซับซ้อนมากขึ้นในการเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าโดยรวม ความจริงก็คือน้ำเป็นผู้บริจาคสิ่งเจือปน มันให้อิเล็กตรอน (แต่ละโมเลกุลของน้ำแตกออกเป็นโปรตอน (นิวเคลียส) และอิเล็กตรอน) เป็นผลให้อิเล็กตรอนเติมรูดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของรูจึงลดลง มันหดตัวเป็นล้านเท่า ต่อจากนั้นอิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกถ่ายโอนไปยังโปรตีนและตำแหน่งนั้นกลับคืนมา แต่ไม่สมบูรณ์ ค่าการนำไฟฟ้ารวมหลังจากนี้ยังคงน้อยกว่าก่อนเติมน้ำ 10 เท่า

เป็นไปได้ที่จะเพิ่มไปยังระบบโปรตีน ไม่เพียงแต่ผู้บริจาค แต่ยังรวมถึงตัวรับด้วย ซึ่งจะทำให้จำนวนรูเพิ่มขึ้น มีการพิสูจน์แล้วว่าตัวรับดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คลอรานิล สารที่มีคลอรีน

เป็นผลให้ค่าการนำไฟฟ้าของรูเพิ่มขึ้นมากจนค่าการนำไฟฟ้าโดยรวมของระบบโปรตีนเพิ่มขึ้นหนึ่งล้านเท่า

กรดนิวคลีอิกยังมีบทบาทสำคัญในสิ่งมีชีวิต แม้ว่าโครงสร้าง พันธะไฮโดรเจน และอื่นๆ ของพวกมันจะแตกต่างจากระบบทางชีววิทยา แต่ก็มีสาร (ที่ไม่ใช่ชีวภาพ) ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าฟิสิกส์เหมือนกันโดยพื้นฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารดังกล่าวคือกราไฟท์ พลังงานยึดเหนี่ยว เช่นเดียวกับโปรตีน มีค่าต่ำ และค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะสูง แม้ว่าจะมีลำดับความสำคัญต่ำกว่าโปรตีนหลายเท่าก็ตาม แต่คุณสมบัติทางไฟฟ้าฟิสิกส์ของกรดอะมิโนโดยทั่วไปโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับคุณสมบัติของโปรตีน

แต่กรดอะมิโนในองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตก็มีคุณสมบัติที่โปรตีนไม่มีเช่นกัน สิ่งเหล่านี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญมาก ต้องขอบคุณพวกเขาที่อิทธิพลทางกลในตัวพวกมันกลายเป็นไฟฟ้า คุณสมบัติของสสารในฟิสิกส์นี้เรียกว่าเพียโซอิเล็กทริก ในกรดนิวคลีอิกของสิ่งมีชีวิต การกระทำทางความร้อนยังนำไปสู่การก่อตัวของไฟฟ้า คุณสมบัติทั้งสองถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของน้ำ เป็นที่ชัดเจนว่าคุณสมบัติเหล่านี้แตกต่างกันไปตามปริมาณน้ำ การใช้คุณสมบัติเหล่านี้ในองค์กรและการทำงานของสิ่งมีชีวิตนั้นชัดเจน ดังนั้นการกระทำของแท่งเรตินาการมองเห็นจึงขึ้นอยู่กับการพึ่งพาการนำไฟฟ้าจากการส่องสว่าง แต่โมเลกุลของสิ่งมีชีวิตก็มีการนำไฟฟ้าด้วยเช่นโลหะ

คุณสมบัติทางไฟฟ้าฟิสิกส์ของระบบโปรตีนและโมเลกุลนิวคลีอิกแสดงออกเฉพาะในพลวัตเท่านั้นในสิ่งมีชีวิต เมื่อเริ่มเสียชีวิตกิจกรรมอิเล็กโทรฟิสิกส์จะหายไปอย่างรวดเร็ว เนื่องจากการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุได้หยุดลง

จากการเปรียบเทียบคุณสมบัติทางไฟฟ้าของระบบโปรตีนและกรดอะมิโนกับเซมิคอนดักเตอร์ เราอาจรู้สึกว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวหนึ่งและอีกตัวเหมือนกัน นี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด แม้ว่าในระบบโปรตีนของสิ่งมีชีวิตจะมีการนำไฟฟ้าทั้งแบบอิเล็กทรอนิกส์และแบบรูและแบบไอออนิก แต่ก็มีการเชื่อมต่อกันในลักษณะที่ซับซ้อนกว่าในสารกึ่งตัวนำแบบอนินทรีย์และอินทรีย์ ค่าการนำไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างง่ายๆ และได้ค่าการนำไฟฟ้าทั้งหมดในขั้นตอนสุดท้าย ในสิ่งมีชีวิต การเติมค่าการนำไฟฟ้าด้วยเลขคณิตนั้นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ที่นี่ 1+1#2 ไม่มีอะไรแปลกเกี่ยวกับเรื่องนั้น นี่แสดงให้เห็นว่าค่าการนำไฟฟ้าเหล่านี้ไม่ได้เป็นอิสระจากกัน การเปลี่ยนแปลงร่วมกันจะมาพร้อมกับกระบวนการที่เปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าโดยรวมตามกฎหมายที่ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้น เมื่อพูดถึงการนำไฟฟ้า (หรืออื่นๆ) ของระบบโปรตีน คำว่า "จำเพาะ" จะถูกเพิ่มเข้าไป กระบวนการที่กำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าฟิสิกส์ของสิ่งมีชีวิตนั้นซับซ้อนมาก พร้อมกับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าซึ่งกำหนดการนำไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้ายังทำหน้าที่ซึ่งกันและกัน อนุภาคมูลฐานมีโมเมนต์แม่เหล็ก นั่นคือ แม่เหล็ก เนื่องจากแม่เหล็กเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน การวางแนวที่แน่นอนของอนุภาคเหล่านี้จึงเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระทำนี้ โมเลกุลและอะตอมเปลี่ยนสถานะอย่างต่อเนื่อง - พวกมันทำการเปลี่ยนผ่านอย่างต่อเนื่องและกะทันหัน (ไม่ต่อเนื่อง) จากสถานะทางไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ได้รับพลังงานเพิ่มเติมพวกเขารู้สึกตื่นเต้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อความคล่องตัวของตัวพาประจุในสิ่งมีชีวิต ดังนั้นการกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ ด้วยความช่วยเหลือของผู้ให้บริการชาร์จเหล่านี้ ข้อมูลจะถูกส่งในระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) สัญญาณในระบบประสาทส่วนกลางที่รับรองการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดนั้นเป็นแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า แต่แพร่กระจายช้ากว่าในระบบทางเทคนิคมาก เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการ สิ่งมีชีวิตตอบสนองต่อการกระทำต่ออิทธิพลภายนอกบางอย่างหลังจากได้รับข้อมูลเกี่ยวกับอิทธิพลนี้แล้วเท่านั้น การตอบสนองของร่างกายช้ามากเนื่องจากสัญญาณเกี่ยวกับอิทธิพลภายนอกแพร่กระจายช้า ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาป้องกันของสิ่งมีชีวิตจึงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสิ่งมีชีวิต หากสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระทำจากภายนอก ปฏิกิริยานี้จะช้าลงไปอีก สิ่งนี้ได้รับการจัดตั้งขึ้นทั้งในการทดลองในห้องปฏิบัติการและในการศึกษาอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างพายุแม่เหล็กที่มีต่อระบบสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม หากปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่ออิทธิพลภายนอกเร็วขึ้นหลายเท่า บุคคลจะสามารถปกป้องตนเองจากอิทธิพลมากมายซึ่งตอนนี้เขากำลังจะตาย

ทุกวันนี้ ผู้คนยังไม่รู้คุณสมบัติทั้งหมดของการนำไฟฟ้าที่ซับซ้อนของสิ่งมีชีวิต แต่เป็นที่ชัดเจนว่าคุณสมบัติที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานเหล่านั้นซึ่งมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตเท่านั้นนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเหล่านั้น

เพื่อเปิดเผยแก่นแท้ของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในสิ่งมีชีวิต จำเป็นต้องเข้าใจความหมายของศักยภาพของระบบชีวภาพ ศักยภาพทางชีวภาพ

ศักยภาพคือความเป็นไปได้ด้านพลังงาน เพื่อที่จะฉีกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของไฮโดรเจน จำเป็นต้องเอาชนะแรงที่ยึดไว้กับอะตอม นั่นคือ พลังงานจำเป็นในการทำงานนี้ พลังงานของอนุภาคมูลฐานวัดเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ พลังงานที่ใช้ในการแยกอิเล็กตรอนออกจากนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าไอออไนเซชัน สำหรับไฮโดรเจนจะเท่ากับ 13 eV สำหรับอะตอมขององค์ประกอบต่าง ๆ มันมีความหมายในตัวเอง

ในสิ่งมีชีวิต พลังงานยึดเหนี่ยวในโมเลกุลเท่ากับ 0.01-1 eV ในโมเลกุลที่ไม่มีชีวิต 30-50 eV เป็นการยากมากที่จะวัดศักยภาพของไอออไนเซชันในโมเลกุลทางชีววิทยาเนื่องจากค่าต่ำสุดของพลังงานอิเล็กตรอนมีค่าน้อย ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะอธิบายลักษณะเหล่านี้ไม่ใช่ด้วยค่าสัมบูรณ์ (อิเล็กตรอนโวลต์) แต่โดยค่าสัมพัทธ์ ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำสามารถใช้เป็นหน่วย (เรากำลังพูดถึงน้ำที่มีอยู่ในระบบชีวภาพ) ขณะนี้สามารถกำหนดศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนของสารประกอบทางชีววิทยาอื่นๆ ได้ทั้งหมด มีความละเอียดอ่อนอื่นที่นี่ อะตอมไฮโดรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว ดังนั้นศักยภาพของไอออไนเซชันจึงเท่ากับเอกภาพ หากอะตอมและโมเลกุลมีความซับซ้อนมากขึ้น อิเล็กตรอนของพวกมันก็มีความเป็นไปได้ที่จะแยกตัวออกทางพลังงานที่แตกต่างกัน ในกรณีเช่นนี้ ศักยภาพของไอออไนเซชันนั้นมาจากเวเลนซ์อิเล็กตรอน กล่าวคือ อิเล็กตรอนที่มีพลังงานจับต่ำที่สุด

ในระบบชีวภาพอันเป็นผลมาจากการกระจายประจุไฟฟ้ามีสนามไฟฟ้าดังนั้นเนื่องจากแรงคูลอมบ์จึงสามารถดึงดูดและขับไล่ประจุไฟฟ้าได้ ลักษณะพลังงานของสนามไฟฟ้าคือความต่างศักย์ (Δj) ความต่างศักย์ในระบบชีวภาพ (ศักยภาพทางชีวภาพ) นั้นน้อยมากถึง 10 -6 eV คุณค่าของศักยภาพทางชีวภาพเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนเกี่ยวกับสถานะของระบบชีวภาพหรือชิ้นส่วนของระบบ มันเปลี่ยนไปหากร่างกายอยู่ในสภาพทางพยาธิวิทยา ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่อปัจจัยแวดล้อมจะเปลี่ยนไป คุณสมบัติทางไฟฟ้าฟิสิกส์ของสารประกอบทางชีวภาพยังกำหนดความเร็วของปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิต ทั้งตัวเดียวและตัววิเคราะห์แต่ละตัวต่อการกระทำของปัจจัยภายนอก ความเร็วของการประมวลผลข้อมูลในร่างกายก็ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเหล่านี้ด้วย ประมาณโดยขนาดของกิจกรรมทางไฟฟ้า

ปรากฏการณ์พลังงานชีวภาพในระดับอนุภาคมูลฐานเป็นพื้นฐานของหน้าที่หลักของสิ่งมีชีวิต หากไม่มีหน้าที่เหล่านี้ ชีวิตก็เป็นไปไม่ได้ กระบวนการพลังงานในเซลล์ (การแปลงพลังงานและกระบวนการเมแทบอลิซึมทางชีวเคมีที่ซับซ้อนที่สุด) เป็นไปได้เพียงเพราะการมีส่วนร่วมของอิเล็กตรอนในเซลล์เหล่านี้

ศักยภาพทางชีวภาพมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมทางไฟฟ้าของอวัยวะที่กำหนด ดังนั้นกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมองจึงมีความหนาแน่นของสเปกตรัมของศักยภาพทางชีวภาพและแรงกระตุ้นแรงดันไฟฟ้าของความถี่ต่างๆ เป็นที่ยอมรับแล้วว่า biorhythms ต่อไปนี้ของสมอง (ในหน่วย Hz) เป็นลักษณะเฉพาะของบุคคล: จังหวะเดลต้า - 0.5-3 Hz; จังหวะ Theta - 4-7 Hz; จังหวะอัลฟ่า - 8-13 Hz; จังหวะเบต้า - 14-35 Hz; จังหวะแกมมา - 36-55 Hz.

แม้ว่าจะมีจังหวะบางจังหวะที่มีความถี่สูงกว่าก็ตาม แอมพลิจูดของแรงกระตุ้นไฟฟ้าของสมองมนุษย์มีค่านัยสำคัญ - สูงถึง 500 μV

ใครก็ตามที่คุ้นเคยกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รู้ดีว่าเมื่อส่งข้อมูลและประมวลผล ไม่เพียงแต่อัตราการทำซ้ำของพัลส์และแอมพลิจูดของพวกมันเท่านั้นที่มีความสำคัญ แต่ยังรวมถึงรูปร่างของพัลส์ด้วย

แรงกระตุ้นเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ลักษณะเฉพาะบ่งชี้ว่าไม่สามารถสร้างขึ้นได้โดยการเปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้าไอออนิก ในกรณีนี้ กระบวนการพัฒนาช้ากว่า กล่าวคือ มีความเฉื่อยมากกว่า แรงกระตุ้นเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้จากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเท่านั้น ซึ่งมีมวลน้อยกว่ามวลไอออนมาก

บทบาทของรูปแบบของแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าสามารถเข้าใจได้จากตัวอย่างประสิทธิภาพของการกระตุ้นหัวใจด้วยไฟฟ้า ปรากฎว่าประสิทธิภาพในการฟื้นฟูการทำงานของหัวใจขึ้นอยู่กับรูปร่างของพัลส์ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ความหนาแน่นของสเปกตรัมก็มีความสำคัญเช่นกัน ด้วยแรงกระตุ้นบางรูปแบบเท่านั้นคือการฟื้นฟูการเคลื่อนไหวตามปกติของตัวพาประจุในสิ่งมีชีวิตนั่นคือการนำไฟฟ้าตามปกติกลับคืนมาซึ่งการทำงานปกติของสิ่งมีชีวิตเป็นไปได้

ในวิธีนี้ อิเล็กโทรดจะถูกนำไปใช้กับร่างกายมนุษย์บริเวณหน้าอก แต่แรงกระตุ้นไฟฟ้าในกรณีนี้ไม่เพียงทำหน้าที่โดยตรงกับกล้ามเนื้อหัวใจเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อระบบประสาทส่วนกลางด้วย เห็นได้ชัดว่าวิธีที่สองมีประสิทธิภาพมากที่สุดเนื่องจากความเป็นไปได้ของระบบประสาทส่วนกลางที่จะมีอิทธิพลต่ออวัยวะทั้งหมดนั้นกว้างที่สุด คำสั่งไปยังอวัยวะทั้งหมดต้องผ่านระบบประสาทส่วนกลางได้รวดเร็วที่สุด เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้านั้นสูงกว่าค่าการนำไฟฟ้าของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อและระบบไหลเวียนโลหิตมาก ดังนั้นการกลับคืนสู่ชีวิตของสิ่งมีชีวิตจะเกิดขึ้นหากสามารถคืนค่าคุณสมบัติอิเล็กโทรฟิสิกส์ของสิ่งมีชีวิตหรือมากกว่าการเคลื่อนไหวเฉพาะของประจุไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเหล่านั้นที่มีอยู่ในระบบสิ่งมีชีวิต

ความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตและการทำงานของสิ่งมีชีวิตนั้นเป็นคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสิ่งมีชีวิตอย่างแม่นยำ นี่เป็นหลักฐานจากข้อเท็จจริงดังกล่าว

เป็นที่ยอมรับกันว่าหากปัจจัยที่ก่อให้เกิดการระคายเคืองเกิดขึ้นกับบุคคลโดยฉับพลัน ความต้านทานของร่างกายมนุษย์ต่อกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก เป็นสิ่งสำคัญโดยพื้นฐานที่อิทธิพลภายนอกที่ไม่คาดคิดสามารถมีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน อาจเป็นแสงจ้า สัมผัสของร้อน และข้อความถึงบุคคลที่มีข้อมูลสำคัญที่ไม่คาดคิดสำหรับเขา ในทุกกรณี ผลลัพธ์จะเหมือนกัน - ค่าการนำไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงนี้ยังขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของปัจจัยภายนอกด้วย แต่ในทุกกรณี การนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและการฟื้นตัวของค่าเป็นค่าปกติจะช้ากว่ามาก การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของการนำไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น

ให้เราใช้ผลกระทบต่อบุคคลที่มีปัจจัยภายนอก (กระแสไฟฟ้า) ผลที่ตามมาของผลกระทบนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของมันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับสถานะของระบบประสาทของมนุษย์ในขณะนั้นด้วย ความตายภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอกจะเกิดขึ้นหากการนำไฟฟ้าของระบบประสาทส่วนกลางถูกรบกวน หากภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอก การเคลื่อนไหวของตัวพาประจุในเซลล์สมองถูกรบกวน แสดงว่ามีการหยุดจ่ายออกซิเจนไปยังเซลล์ทั้งหมดหรือบางส่วน

แน่นอนว่าคำถามนี้ยากมาก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าค่าการนำไฟฟ้าของสิ่งมีชีวิตและระบบต่างๆ ในสิ่งมีชีวิตตัวเดียวนั้นแตกต่างกัน อวัยวะที่ควรตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกอย่างรวดเร็วที่สุดจะมีการเหนี่ยวนำเฉื่อยน้อยที่สุด - อิเล็กทรอนิกส์และรูอิเล็กตรอน

ตอนนี้พิจารณาระบบพลังงานของร่างกาย

มีความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่พลังงานเข้าสู่ร่างกาย ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าการทำงานโดยรวม เช่นเดียวกับส่วนประกอบทั้งหมด ประจุพลังงานสามารถมีได้ทั้งสัญญาณบวกและลบ ในร่างกายที่แข็งแรงมีความสมดุลระหว่างองค์ประกอบด้านบวกและด้านลบของพลังงาน นี่หมายถึงความสมดุลระหว่างกระบวนการกระตุ้นและการยับยั้ง เมื่อสมดุลระหว่างกระแสพลังงานด้านบวกและด้านลบถูกรบกวน ร่างกายจะเข้าสู่สภาวะเจ็บป่วย เนื่องจากความสมดุลของกระบวนการกระตุ้นและการยับยั้งถูกรบกวน

วันที่: 2010-03-28

ไม่มีการเคลื่อนไหวใดสามารถทำได้โดยไม่ใช้พลังงาน แหล่งพลังงานที่เป็นสากลและโดยตรงเพียงแหล่งเดียวสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อคืออะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต -ATP; หากไม่มีมันสะพาน "ตามขวางจะปราศจากพลังงานและเส้นใยแอคตินไม่สามารถเลื่อนไปตามเส้นใยไมโอซินได้การหดตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อจะไม่เกิดขึ้น ATP เป็นสารประกอบฟอสเฟตพลังงานสูง (macroergic) การสลายตัว (ไฮโดรไลซิส) ของ ซึ่งปล่อยพลังงานอิสระประมาณ 10 kcal / kg เมื่อกล้ามเนื้อถูกกระตุ้นจะมีการไฮโดรไลซิสของ ATP เพิ่มขึ้น ดังนั้นความเข้มข้นของการเผาผลาญพลังงานจะเพิ่มขึ้น 100-1,000 เท่าเมื่อเทียบกับระดับการพักผ่อน อย่างไรก็ตาม ATP จะสำรองใน กล้ามเนื้อค่อนข้างจะเล็กน้อยและเพียงพอสำหรับการทำงานหนักเพียง 2-3 วินาทีเท่านั้น ในสภาพจริงเพื่อให้กล้ามเนื้อสามารถคงความหดตัวได้เป็นเวลานาน จะต้องมีการฟื้นตัวอย่างต่อเนื่อง (การสังเคราะห์ใหม่) ของ ATP ที่ อัตราเดียวกับที่ใช้บริโภค คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนถูกใช้เป็นแหล่งพลังงาน ด้วยการสลายสารเหล่านี้ทั้งหมดหรือบางส่วน พลังงานบางส่วนที่สะสมจะถูกปลดปล่อยออกมาในพันธะเคมีของพวกมัน พลังงานที่ปลดปล่อยนี้ ฉันและให้การสังเคราะห์ ATP อีกครั้ง (ดู ตาราง).

พลังงานสำรองของบุคคล (น้ำหนักตัว 75 กก.)

ความสามารถด้านพลังงานชีวภาพของร่างกายเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่จำกัดสมรรถภาพทางกายภาพของร่างกาย การก่อตัวของพลังงานเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของกล้ามเนื้อสามารถทำได้โดยวิถีที่ไม่ใช้ออกซิเจน (ปราศจากออกซิเจน) และแอโรบิก (ออกซิเดชัน) ขึ้นอยู่กับลักษณะทางชีวเคมีของกระบวนการที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะระบบพลังงานทั่วไปสามระบบที่รับรองประสิทธิภาพทางกายภาพของบุคคล:

แอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจน,หรือฟอสฟาเจนิกที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ ATP ใหม่เนื่องจากพลังงานของสารประกอบฟอสเฟตพลังงานสูงอื่น - ครีเอทีนฟอสเฟต (CrF);

glycolytic (lactacid) แบบไม่ใช้ออกซิเจน,ให้การสังเคราะห์ ATP และ CRF ใหม่เนื่องจากปฏิกิริยาของการสลายไกลโคเจนหรือกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นกรดแลคติก (LA)

แอโรบิก(ออกซิเดชัน) ที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการทำงานเนื่องจากการออกซิเดชั่นของพื้นผิวพลังงานซึ่งสามารถใช้เป็นคาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน ในขณะที่เพิ่มการส่งและการใช้ออกซิเจนในกล้ามเนื้อทำงาน

ส่วนประกอบพลังงานชีวภาพที่ระบุไว้แต่ละรายการของสมรรถภาพทางกายภาพนั้นมีลักษณะตามเกณฑ์ กำลัง ความจุ และประสิทธิภาพ(ดูรูปที่ 1).

ข้าว. 1. พลวัตของอัตราของกระบวนการจ่ายพลังงานในกล้ามเนื้อทำงานขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการออกกำลังกาย (ตาม N.I. Volkovov, 1986)

เกณฑ์กำลังประมาณการปริมาณพลังงานสูงสุดต่อหน่วยเวลาที่ระบบเมตาบอลิซึมแต่ละระบบสามารถให้ได้

เกณฑ์ความจุประเมินปริมาณสำรองของสารพลังงานที่มีอยู่สำหรับใช้ในร่างกายหรือปริมาณงานทั้งหมดที่ทำเนื่องจากส่วนประกอบนี้

เกณฑ์ประสิทธิภาพแสดงว่าสามารถทำงานภายนอก (เครื่องกล) ได้มากน้อยเพียงใดสำหรับหน่วยพลังงานที่ใช้ไปแต่ละหน่วย

ระบบฟอสฟาเจนิกเป็นแหล่งพลังงานที่ถูกระดมอย่างรวดเร็วที่สุด การสังเคราะห์เอทีพีใหม่เนื่องจากครีเอทีนฟอสเฟตระหว่างการทำงานของกล้ามเนื้อจะดำเนินการเกือบจะในทันที เมื่อแยกกลุ่มฟอสเฟตออกจาก CRF จะมีการปล่อยพลังงานจำนวนมาก ซึ่งใช้โดยตรงเพื่อฟื้นฟู ATP ดังนั้น CRF จึงเป็นพลังงานสำรองของกล้ามเนื้อชุดแรกที่ใช้เป็นแหล่งฟื้นฟู ATP ในทันที ATP และ CrF ทำหน้าที่เป็นระบบจ่ายพลังงานเดียวสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อ ระบบนี้มีกำลังสูงสุดเมื่อเทียบกับระบบไกลโคไลติกและแอโรบิก และมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานระยะสั้นของกำลังสูงสุด ซึ่งดำเนินการด้วยการหดตัวของกล้ามเนื้อสูงสุดในแง่ของความแข็งแรงและความเร็ว: เมื่อดำเนินการในระยะสั้นของ ลักษณะ "ระเบิด" การปะทุ การกระตุก เช่น การวิ่ง กระโดด ขว้างหรือต่อยและเตะในการต่อสู้แบบประชิดตัว เป็นต้น พลังที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของกระบวนการแอโรบิกแบบแอโรบิกนั้นทำได้ในแบบฝึกหัดที่กินเวลานาน 5-6 วินาทีและในนักกีฬาที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดีจะถึงระดับ 3700 kJ / kg ต่อนาที อย่างไรก็ตาม ความสามารถของระบบนี้มีน้อยเนื่องจากมีการสำรอง ATP และ CrF ในกล้ามเนื้ออย่างจำกัด ในเวลาเดียวกัน เวลากักเก็บพลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจนสูงสุดนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความสามารถของระบบฟอสฟาเจนิกมากนัก แต่ขึ้นอยู่กับส่วนนั้นที่สามารถเคลื่อนตัวได้เมื่อทำงานด้วยกำลังสูงสุด ปริมาณ CRF ที่บริโภคระหว่างการออกกำลังกายกำลังสูงสุดเป็นเพียงประมาณหนึ่งในสามของปริมาณสำรองของกล้ามเนื้อทั้งหมด ดังนั้นระยะเวลาของกำลังสูงสุดมักจะไม่เกิน 15-20 วินาทีแม้สำหรับนักกีฬาที่มีคุณสมบัติสูง

ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเริ่มใช้งานได้จริงตั้งแต่เริ่มงาน แต่ถึงพลังสูงสุดหลังจากทำงานที่มีความเข้มข้นสูงสุด 15-20 วินาทีเท่านั้นและไม่สามารถรักษาพลังนี้ไว้ได้นานกว่า 2.5 - 3.0 นาที

Glycolytic ไม่ใช้ออกซิเจนระบบนี้มีพลังงานสูงเพียงพอถึงระดับประมาณ 2,500 kJ / kg ต่อนาทีในผู้ที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดี สารตั้งต้นของพลังงานคือคาร์โบไฮเดรต - ไกลโคเจนและกลูโคส ไกลโคเจนที่เก็บไว้ในเซลล์กล้ามเนื้อและตับเป็นสายโซ่ของโมเลกุลกลูโคส (หน่วยกลูโคส) เมื่อไกลโคเจนถูกย่อยสลาย หน่วยกลูโคสของมันถูกแยกออกตามลำดับ แต่ละหน่วยกลูโคสจากไกลโคเจนจะคืนค่า 3 โมเลกุล ATP และโมเลกุลของกลูโคส - เพียง 2 โมเลกุล ATP จากแต่ละโมเลกุลของกลูโคสจะเกิดกรดแลคติก (LA) 2 โมเลกุล ดังนั้นด้วยพลังงานสูงและระยะเวลาของการทำงานแบบไม่ใช้ออกซิเจนของไกลโคไลติก UA จำนวนมากจึงถูกสร้างขึ้นในกล้ามเนื้อ การสะสมในเซลล์กล้ามเนื้อทำงาน UA สามารถแพร่เข้าสู่กระแสเลือดได้ง่าย และเชื่อมโยงกับระบบบัฟเฟอร์ของเลือดในระดับความเข้มข้นหนึ่ง เพื่อรักษาสภาพแวดล้อมภายในร่างกาย (สภาวะสมดุล) หากปริมาณของ UA ที่เกิดขึ้นในกระบวนการทำงานของการวางแนวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของไกลโคไลติกเกินความสามารถของระบบบัฟเฟอร์ของเลือด สิ่งนี้จะนำไปสู่ความอ่อนล้าอย่างรวดเร็วและทำให้ความสมดุลของกรดเบสของเลือดเปลี่ยนไปเป็นกรด ในที่สุด สิ่งนี้ทำให้เกิดการยับยั้งเอนไซม์สำคัญของไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน จนถึงการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์อย่างสมบูรณ์ ในขณะเดียวกันอัตราการไกลโคไลซิสเองก็ลดลงเช่นกัน การทำให้เป็นกรดที่มีนัยสำคัญยังทำให้อัตราของกระบวนการแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนลดลงและกำลังงานลดลงโดยทั่วไป

ระยะเวลาในการทำงานในระบบการปกครองแบบไม่ใช้ออกซิเจนในไกลโคไลติกนั้นส่วนใหญ่ไม่ได้ จำกัด โดยปริมาณ (ความจุ) ของสารตั้งต้นพลังงาน แต่โดยระดับความเข้มข้นของ UA และระดับของการปรับตัวของเนื้อเยื่อให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของกรดในกล้ามเนื้อและเลือด ในระหว่างการแสดงการทำงานของกล้ามเนื้อซึ่งส่วนใหญ่มาจากไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะไม่มีการสูญเสียไกลโคเจนของกล้ามเนื้อและกลูโคสในเลือดและตับอย่างรวดเร็ว ในกระบวนการออกกำลังกาย ภาวะน้ำตาลในเลือดลดลง (ความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดลดลง) อาจเกิดขึ้นจากสาเหตุอื่น สำหรับการแสดงระดับไกลโคไลติกแบบไม่ใช้ออกซิเจนในระดับสูง (ความอดทนพิเศษ) ระดับของการปรับเนื้อเยื่อให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น ในความสมดุลของกรดเบสเป็นสิ่งจำเป็น ที่นี่เน้นเป็นพิเศษถึงปัจจัยของความมั่นคงทางจิตซึ่งช่วยให้ด้วยกิจกรรมของกล้ามเนื้อที่รุนแรงโดยความพยายามโดยสมัครใจเพื่อเอาชนะความรู้สึกเจ็บปวดในกล้ามเนื้อทำงานที่เกิดขึ้นจากการพัฒนาของความเหนื่อยล้าและยังคงทำงานต่อไปแม้จะมีความต้องการเพิ่มขึ้นที่จะหยุด มัน.

เมื่อเปลี่ยนจากสภาวะพักไปสู่การทำงานของกล้ามเนื้อ ความต้องการออกซิเจน (คำขอ) จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของระบบหัวใจและหลอดเลือดจะใช้เวลาอย่างน้อย 1-2 นาทีในการเพิ่มเพื่อให้เลือดที่มีออกซิเจนถูกส่งไปยังกล้ามเนื้อที่ทำงาน ปริมาณการใช้ออกซิเจนโดยกล้ามเนื้อทำงานจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เนื่องจากกิจกรรมของระบบสนับสนุนพืชมีความเข้มข้นมากขึ้น ด้วยการเพิ่มระยะเวลาของการออกกำลังกายเป็น 5-6 นาที ความเร็วของกระบวนการสร้างพลังงานแอโรบิกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และด้วยระยะเวลาการทำงานที่เพิ่มขึ้นนานกว่า 10 นาที การจัดหาพลังงานเกือบทั้งหมดเกิดจากแอโรบิก กระบวนการ อย่างไรก็ตาม พลังของระบบจ่ายพลังงานแอโรบิกนั้นต่ำกว่าพลังของฟอสฟาเจนิกประมาณ 3 เท่า และกำลังของระบบไกลโคไลติกแบบไม่ใช้ออกซิเจน 2 เท่า (ดูตาราง)

ลักษณะสำคัญของพลังงานชีวภาพของกระบวนการเผาผลาญ - แหล่งพลังงานระหว่างการทำงานของกล้ามเนื้อ

ในเวลาเดียวกัน กลไกแอโรบิกของการสังเคราะห์ ATP ใหม่นั้นโดดเด่นด้วยประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูงสุด ในชีวิตประจำวันบางครั้งอาจมีสัดส่วนมากกว่า 90% ของการผลิตพลังงานทั้งหมดของร่างกาย ในกรณีนี้สารอาหารหลักทั้งหมดถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการเกิดออกซิเดชัน: คาร์โบไฮเดรต, ไขมันในรูปของกรดอะมิโน การมีส่วนร่วมของโปรตีนในการผลิตพลังงานแอโรบิกทั้งหมดมีน้อยมาก แต่คาร์โบไฮเดรตและไขมันถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับแอโรบิกออกซิเดชันตราบเท่าที่ยังมีอยู่ในกล้ามเนื้อ

การสลายคาร์โบไฮเดรตแบบแอโรบิกจนถึงระยะหนึ่ง (ก่อนการก่อตัวของกรดไพรูวิก) จะดำเนินการในลักษณะเดียวกับในไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน แต่ภายใต้สภาวะแอโรบิก กรดไพรูวิกจะไม่เปลี่ยนเป็นกรดแลคติก แต่จะถูกออกซิไดซ์ต่อไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งถูกขับออกจากร่างกายได้ง่าย ในเวลาเดียวกัน ท้ายที่สุดแล้ว 39 โมเลกุลของเอทีพีจะก่อตัวขึ้นจากหน่วยกลูโคสของไกลโคเจนหนึ่งหน่วย ดังนั้นการออกซิเดชันของไกลโคเจนแบบแอโรบิกจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบไม่ใช้ออกซิเจน ยิ่งมีการปลดปล่อยพลังงานมากขึ้นในระหว่างการออกซิเดชันของไขมัน โดยเฉลี่ย 1 โมลของส่วนผสมของกรดไขมันต่างๆ ที่จำเพาะต่อร่างกายมนุษย์ 1 โมลจะช่วยสังเคราะห์เอทีพีใหม่ 138 โมล ด้วยการบริโภคไกลโคเจนและกรดไขมันที่มีน้ำหนักเท่ากัน สารหลังให้พลังงานมากกว่าคาร์โบไฮเดรตเกือบสามเท่า ไขมันจึงมีความเข้มข้นของพลังงานสูงสุดสำหรับซับสเตรตพลังงานชีวภาพทั้งหมด (ดูตาราง)

ลักษณะทั่วไปของระบบจ่ายพลังงานแอโรบิก

ระบบจ่ายพลังงานแอโรบิกนั้นด้อยกว่า alactate และ lactate อย่างมากในแง่ของพลังการผลิตพลังงาน อัตราการรวมอยู่ในกิจกรรมของกล้ามเนื้อ แต่ความจุและความประหยัดนั้นดีกว่าหลายเท่า (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1 แหล่งพลังงานของการทำงานของกล้ามเนื้อ

คุณลักษณะของระบบแอโรบิกคือการก่อตัวของ ATP ในเซลล์ออร์แกเนลล์ - ไมโตคอนเดรียที่อยู่ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของออกซิเจนที่ส่งโดยระบบขนส่งออกซิเจน สิ่งนี้กำหนดล่วงหน้าประสิทธิภาพสูงของระบบแอโรบิกและปริมาณไกลโคเจนสำรองค่อนข้างมากในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อและตับรวมถึงปริมาณไขมันสำรองที่แทบไม่ จำกัด ในทางปฏิบัติ

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด กิจกรรมของระบบจ่ายพลังงานแอโรบิกจะดำเนินการดังนี้ ในขั้นตอนแรก อันเป็นผลมาจากกระบวนการที่ซับซ้อน ทั้งไกลโคเจนและกรดไขมันอิสระ (FFA) จะถูกแปลงเป็นอะซิติลโคเอ็นไซม์ A (acetyl-CoA) ซึ่งเป็นรูปแบบแอคทีฟของกรดอะซิติก ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการสร้างพลังงานที่ตามมาทั้งหมดจะดำเนินต่อไป ตามแผนเดียว อย่างไรก็ตาม ก่อนการก่อตัวของ acetyl-CoA การเกิดออกซิเดชันของไกลโคเจนและ FFA เกิดขึ้นอย่างอิสระ

ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ ATP แบบแอโรบิกสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: 1 - แอโรบิกไกลโคไลซิส; 2 - Krebs cycle, 3 - ระบบขนส่งอิเล็กตรอน (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. ขั้นตอนของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ ATP ในกระบวนการแอโรบิก

ขั้นตอนแรกของปฏิกิริยาคือแอโรบิกไกลโคไลซิสซึ่งส่งผลให้เกิดการสลายตัวของไกลโคเจนด้วยการก่อตัวของ CO2 และ H2O หลักสูตรของ glycolysis แบบแอโรบิกเกิดขึ้นตามรูปแบบเดียวกับหลักสูตรของ glycolysis แบบไม่ใช้ออกซิเจนที่กล่าวถึงข้างต้น ในทั้งสองกรณี อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ไกลโคเจนจะเปลี่ยนเป็นกลูโคส และกลูโคสเป็นกรดไพรูวิกด้วยการสังเคราะห์ ATP ออกซิเจนไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเหล่านี้ การปรากฏตัวของออกซิเจนจะถูกตรวจพบในภายหลังเมื่อกรด pyruvic ไม่ได้เปลี่ยนเป็นกรดแลคติคเป็นกรดแลคติคและจากนั้นเป็นแลคเตทซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการของ glycolysis แบบไม่ใช้ออกซิเจน แต่ถูกส่งไปยังระบบแอโรบิกในตอนท้าย ผลิตภัณฑ์ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ขับออกจากร่างกายโดยปอด และน้ำ (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. แผนผังของ glycolysis แบบไม่ใช้ออกซิเจนและแอโรบิก

การแยกไกลโคเจน 1 โมลออกเป็นกรดไพรูวิก 2 โมลเกิดขึ้นจากการปลดปล่อยพลังงานที่เพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ ATP 3 โมลใหม่: พลังงาน + 3ADP + Fn → 3ATP

จากกรดไพรูวิกที่เกิดขึ้นจากการสลายไกลโคเจน CO2 จะถูกลบออกทันที โดยเปลี่ยนจากสารประกอบสามคาร์บอนเป็นสารประกอบสองคาร์บอน ซึ่งเมื่อรวมกับโคเอ็นไซม์ A จะเกิดเป็นอะเซทิล-CoA ซึ่งรวมอยู่ใน ขั้นตอนที่สองของการสร้าง ATP แบบแอโรบิก - วงจรกรดซิตริกหรือวงจร Krebs

ในวงจร Krebs เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนหลายชุด ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กรดไพรูวิกถูกออกซิไดซ์ - การกำจัดไฮโดรเจนไอออน (H +) และอิเล็กตรอน (e-) ซึ่งเข้าสู่ระบบขนส่งออกซิเจนในที่สุดและเข้าร่วมใน ATP ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ซ้ำในระยะที่สาม ก่อให้เกิด CO2 ซึ่งแพร่กระจายเข้าสู่กระแสเลือดและถูกส่งไปยังปอดซึ่งจะถูกขับออกจากร่างกาย ในวงจร Krebs จะเกิด ATP เพียง 2 โมลเท่านั้น (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. แผนผังแสดงการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนในวงจรเครบส์

ขั้นตอนที่สามเกิดขึ้นในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน (ห่วงโซ่การหายใจ) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของโคเอ็นไซม์โดยทั่วไปจะลดลงดังต่อไปนี้ ไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาในวงจร Krebs และในระดับที่น้อยกว่าในไกลโคไลซิสจะถูกส่งไปยังออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำ พลังงานที่ปล่อยออกมาพร้อมกันในชุดของปฏิกิริยาคู่กันจะใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP อีกครั้ง กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นตามสายโซ่ของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังออกซิเจนเรียกว่าออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่น ในกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบทางเดินหายใจ ประมาณ 90% ของออกซิเจนที่จ่ายให้กับเซลล์จะถูกใช้ไปและเกิด ATP จำนวนมากที่สุด โดยรวมแล้ว ระบบขนส่งอิเล็กตรอนแบบออกซิเดชันช่วยรับประกันการก่อตัวของโมเลกุล ATP 34 ตัวจากโมเลกุลไกลโคเจนหนึ่งโมเลกุล

การย่อยและการดูดซึมคาร์โบไฮเดรตเข้าสู่กระแสเลือดเกิดขึ้นในลำไส้เล็ก ในตับ พวกมันจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นไกลโคเจนและสะสมในกล้ามเนื้อและตับ และยังถูกใช้โดยอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ เป็นแหล่งพลังงานเพื่อรักษากิจกรรม ร่างกายของผู้ชายสุขภาพดีที่มีระดับสมรรถภาพทางกายเพียงพอ โดยมีน้ำหนักตัว 75 กก. ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรต 500-550 กรัม ในรูปของไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ (ประมาณ 80%) ไกลโคเจนในตับ (ประมาณ 16-17%) ในเลือด กลูโคส (3-4%) ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานสำรองของคำสั่ง 2,000 - 2200 kcal

ไกลโคเจนในตับ (90 - 100 กรัม) ใช้เพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือดที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปกติของเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ด้วยการออกกำลังกายแบบแอโรบิกเป็นเวลานาน ส่งผลให้กล้ามเนื้อเก็บไกลโคเจนในกล้ามเนื้อลดลง กล้ามเนื้อสามารถใช้ไกลโคเจนในตับได้ส่วนหนึ่ง

โปรดทราบว่าการสะสมไกลโคเจนในกล้ามเนื้อและตับสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้อิทธิพลของการฝึกอบรมและการจัดการทางโภชนาการที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียคาร์โบไฮเดรตและความอิ่มตัวของคาร์โบไฮเดรตที่ตามมา ภายใต้อิทธิพลของการฝึกอบรมและโภชนาการพิเศษ ความเข้มข้นของไกลโคเจนในตับสามารถเพิ่มขึ้น 2 เท่า ปริมาณไกลโคเจนที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มความพร้อมใช้และอัตราการใช้ประโยชน์ในระหว่างการทำงานของกล้ามเนื้อในภายหลัง

ด้วยการออกกำลังกายในระดับปานกลางเป็นเวลานาน การก่อตัวของกลูโคสในตับจะเพิ่มขึ้น 2-3 เท่า เมื่อเทียบกับการสร้างเมื่อพัก การทำงานที่หนักหน่วงเป็นเวลานานอาจทำให้การผลิตกลูโคสในตับเพิ่มขึ้น 7 ถึง 10 เท่าเมื่อเทียบกับข้อมูลที่ได้รับขณะพัก

ประสิทธิภาพของกระบวนการจัดหาพลังงานเนื่องจากการสำรองไขมันนั้นพิจารณาจากอัตราการสลายไขมันและอัตราการไหลเวียนของเลือดในเนื้อเยื่อไขมัน ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่ามีการส่งกรดไขมันอิสระ (FFA) ไปยังเซลล์กล้ามเนื้ออย่างเข้มข้น หากงานที่ดำเนินการด้วยความเข้มข้นของ VO2 สูงสุด 50 - 60% แสดงว่ามีการไหลเวียนของเลือดสูงสุดในเนื้อเยื่อไขมันซึ่งก่อให้เกิดการบริโภค FFA เข้าสู่กระแสเลือดสูงสุด การทำงานของกล้ามเนื้อที่เข้มข้นขึ้นนั้นสัมพันธ์กับการเพิ่มความเข้มข้นของการไหลเวียนของเลือดในกล้ามเนื้อด้วยการลดลงของปริมาณเลือดไปยังเนื้อเยื่อไขมันพร้อมๆ กัน และส่งผลให้การส่ง FFA ไปยังเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อแย่ลง

แม้ว่าการสลายไขมันจะเกิดขึ้นในระหว่างกิจกรรมของกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม ในนาทีที่ 30-40 ของการทำงานที่มีความเข้มข้นเฉลี่ย การจ่ายพลังงานของมันก็ดำเนินไปอย่างเท่าเทียมกันเนื่องจากการออกซิเดชันของทั้งคาร์โบไฮเดรตและไขมัน ความต่อเนื่องของงานซึ่งนำไปสู่การสูญเสียทรัพยากรคาร์โบไฮเดรตที่มีอยู่อย่างค่อยเป็นค่อยไปนั้นสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของการเกิดออกซิเดชันของ FFAs ตัวอย่างเช่น การจ่ายพลังงานในช่วงครึ่งหลังของระยะทางมาราธอนในการวิ่งหรือปั่นจักรยานบนถนน (มากกว่า 100 กม.) ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการใช้ไขมัน

แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าการใช้พลังงานจากการออกซิเดชันของไขมันจะมีความสำคัญอย่างแท้จริงในการทำให้มั่นใจได้ถึงความทนทานเฉพาะในช่วงที่กล้ามเนื้อทำงานเป็นเวลานานเท่านั้น โดยเริ่มจากนาทีแรกของการทำงานที่มีความเข้มข้น VO2max เกิน 60% มีการปล่อย FFA จากไตรเอซิลกลีเซอไรด์ การเข้าและออกซิเดชั่นในการหดตัวของกล้ามเนื้อ หลังจากเริ่มงาน 30-40 นาทีอัตราการบริโภค FFA จะเพิ่มขึ้น 3 เท่าและหลังจากทำงาน 3-4 ชั่วโมง - 5-6 เท่า

การใช้ไตรกลีเซอไรด์ในกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้อิทธิพลของการฝึกแอโรบิก ปฏิกิริยาการปรับตัวนี้แสดงออกทั้งในความเร็วของกระบวนการสร้างพลังงานอันเนื่องมาจากการเกิดออกซิเดชันของ FFAs จากกล้ามเนื้อ tricerides และการใช้ประโยชน์ที่เพิ่มขึ้นจากเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

ผลการปรับตัวที่สำคัญเท่าเทียมกันของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่ผ่านการฝึกอบรมคือการเพิ่มความสามารถในการใช้ไขมันสำรอง ดังนั้น หลังจากการฝึกแอโรบิก 12 สัปดาห์ ความสามารถในการใช้ไตรกลีเซอไรด์ในกล้ามเนื้อทำงานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและถึง 40%

บทบาทของโปรตีนในการสังเคราะห์ ATP นั้นไม่จำเป็น อย่างไรก็ตาม โครงกระดูกคาร์บอนของกรดอะมิโนหลายชนิดสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงพลังงานในกระบวนการเมแทบอลิซึมออกซิเดชัน ซึ่งปรากฏให้เห็นในระหว่างการโหลดที่มีความเข้มข้นปานกลางเป็นเวลานาน ซึ่งการมีส่วนร่วมของเมแทบอลิซึมของโปรตีนในการผลิตพลังงานสามารถเข้าถึง 5-6% ของ ความต้องการพลังงานทั้งหมด

เนื่องจากการสำรองกลูโคสและไขมันในร่างกายอย่างมีนัยสำคัญและความเป็นไปได้ที่ไร้ขีดจำกัดของการบริโภคออกซิเจนจากอากาศในบรรยากาศ กระบวนการแอโรบิกที่มีพลังงานน้อยกว่าแบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถให้การทำงานได้เป็นเวลานาน (กล่าวคือ ความจุของพวกมันมีขนาดใหญ่มากและมีมาก ประสิทธิภาพสูง) . จากการศึกษาพบว่า ตัวอย่างเช่น ในการวิ่งมาราธอน เนื่องจากการใช้ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ การทำงานของกล้ามเนื้อจะดำเนินต่อไปเป็นเวลา 80 นาที พลังงานจำนวนหนึ่งสามารถระดมได้จากไกลโคเจนในตับ โดยรวมแล้วสิ่งนี้สามารถให้เวลา 75% ในการเอาชนะระยะทางมาราธอน พลังงานที่เหลือมาจากการออกซิเดชันของกรดไขมัน อย่างไรก็ตาม อัตราการแพร่กระจายจากเลือดเข้าสู่กล้ามเนื้อมีจำกัด ซึ่งจำกัดการผลิตพลังงานจากกรดเหล่านี้ พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของ FFA นั้นเพียงพอที่จะรักษาความเข้มข้นของการทำงานของกล้ามเนื้อไว้ที่ระดับ 40–50% VO2max ในขณะที่ WTO ในฐานะนักวิ่งมาราธอนที่แข็งแกร่งที่สุด สามารถเอาชนะระยะทางด้วยความเข้มข้นเกิน 80– 90% VO2max ซึ่งบ่งชี้ถึงการปรับตัวในระดับสูงของระบบการจ่ายพลังงานแอโรบิก ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการผสมผสานที่ลงตัวของการใช้คาร์โบไฮเดรต ไขมัน กรดอะมิโนแต่ละตัว และสารเมตาโบไลต์สำหรับการผลิตพลังงาน แต่ยังรวมถึงการใช้อย่างประหยัดของ ไกลโคเจน

ดังนั้นปฏิกิริยาทั้งชุดที่ให้ไกลโคเจนแอโรบิกออกซิเดชันมีดังนี้ ในระยะแรกอันเป็นผลมาจากไกลโคไลซิสแบบแอโรบิก กรดไพรูวิกจะเกิดขึ้นและมีการสังเคราะห์เอทีพีจำนวนหนึ่ง ในช่วงที่สอง ในวัฏจักร Krebs จะมีการผลิต CO2 และไฮโดรเจนไอออน (H+) และอิเล็กตรอน (e-) จะถูกนำเข้าสู่ระบบการขนส่งอิเล็กตรอน รวมทั้งการสังเคราะห์เอทีพีจำนวนหนึ่งด้วย และสุดท้าย ขั้นตอนสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ H2O จาก H+, e- และออกซิเจนด้วยการปล่อยพลังงานที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP ในปริมาณที่ท่วมท้น ไขมันและโปรตีนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการสังเคราะห์ ATP ยังผ่านวงจร Krebs และระบบขนส่งอิเล็กตรอน (รูปที่ 10)

ข้าว. 10. แผนผังแสดงการทำงานของระบบจ่ายพลังงานแอโรบิก

ระบบจ่ายพลังงานแลคเตท

ในระบบจ่ายพลังงานแลคเตท การสังเคราะห์ ATP ใหม่เกิดขึ้นเนื่องจากการสลายของกลูโคสและไกลโคเจนในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน กระบวนการนี้มักเรียกว่าไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนกว่ากลไกการสลายตัวของฟอสโฟเจนในระบบจ่ายพลังงานแอกทีฟ มันเกี่ยวข้องกับชุดของปฏิกิริยาต่อเนื่องที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กลูโคสและไกลโคเจนถูกแยกย่อยเป็นกรดแลคติก ซึ่งใช้ในปฏิกิริยาคู่กันหลายชุดสำหรับการสังเคราะห์ ATP อีกครั้ง (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การแสดงแผนผังของกระบวนการไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

อันเป็นผลมาจากการสลายตัวของกลูโคส 1 โมลทำให้เกิด ATP 2 โมลและด้วยการสลายของไกลโคเจน 1 โมลและ ATP 3 โมล ควบคู่ไปกับการปล่อยพลังงานในกล้ามเนื้อและของเหลวในร่างกาย กรดไพรูวิกจะก่อตัวขึ้น ซึ่งจะถูกแปลงเป็นกรดแลคติก กรดแลคติกสลายตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างเกลือแลคเตท

การสะสมของกรดแลคติกอันเป็นผลมาจากกิจกรรมที่เข้มข้นของกลไกไกลโคไลติกทำให้เกิดแลคเตทและไฮโดรเจนไอออน (H +) ก่อตัวในกล้ามเนื้อ เป็นผลให้แม้จะมีการทำงานของระบบบัฟเฟอร์ pH ของกล้ามเนื้อค่อยๆลดลงจาก 7.1 เป็น 6.9 และแม้กระทั่ง 6.5 - 6.4 ค่า pH ภายในเซลล์เริ่มต้นจากระดับ 6.9 - 6.8 ชะลอความเข้มข้นของปฏิกิริยาไกลโคไลติกของการเติมเต็ม ATP และที่ pH 6.5 - 6.4 การสลายตัวของไกลโคเจนจะหยุดลง ดังนั้นจึงเป็นการเพิ่มความเข้มข้นของกรดแลคติกในกล้ามเนื้อที่จำกัดการสลายของไกลโคเจนในไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ต่างจากระบบจ่ายพลังงานจากแล็คติกซึ่งกำลังถึงประสิทธิภาพสูงสุดแล้วในวินาทีแรกของการทำงาน กระบวนการกระตุ้นไกลโคไลซิสจะแผ่ออกช้ากว่ามากและเข้าถึงค่าการผลิตพลังงานสูงได้ในเวลาเพียง 5-10 วินาทีของการทำงานเท่านั้น พลังของกระบวนการไกลโคไลติกนั้นด้อยกว่าพลังของกลไกครีเอทีน ฟอสโฟไคเนสอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม มันสูงกว่าความสามารถของระบบแอโรบิกออกซิเดชันหลายเท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากระดับของการผลิตพลังงาน ATP เนื่องจากการสลายของ CP คือ 9–10 mmol/kg d.m./s (มวลเนื้อเยื่อสด) ดังนั้น เมื่อเชื่อมต่อไกลโคไลซิส ปริมาณของ ATP ที่ผลิตได้จะเพิ่มขึ้นเป็น 14 mmol/kg d.m. t./s. เนื่องจากการใช้ทั้งสองแหล่งของการสังเคราะห์ ATP ในระหว่างการทำงานหนัก 3 นาที ระบบกล้ามเนื้อของมนุษย์จึงสามารถผลิตได้ประมาณ 370 mmol / kg b.w. ในเวลาเดียวกัน glycolysis คิดเป็นอย่างน้อย 80% ของการผลิตทั้งหมด กำลังสูงสุดของระบบแลคเตทแอนแอโรบิกจะแสดงที่ 20-25 วินาทีของการทำงานและที่ 30-60 วินาทีเส้นทางไกลโคไลติกของการสังเคราะห์ ATP เป็นเส้นทางหลักในการจัดหาพลังงานของงาน

ความจุของระบบแล็กติกแอนแอโรบิกทำให้มั่นใจได้ถึงการมีส่วนร่วมที่โดดเด่นในการผลิตพลังงานเมื่อปฏิบัติงานนานถึง 30–90 วินาที ด้วยการทำงานที่ยาวนานขึ้น บทบาทของไกลโคไลซิสจะค่อยๆ ลดลง แต่ยังคงมีความสำคัญแม้ทำงานนานขึ้น - สูงสุด 5-6 นาที ปริมาณพลังงานทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากไกลโคไลซิสยังสามารถประเมินได้ด้วยสายตาโดยตัวบ่งชี้แลคเตทในเลือดหลังปฏิบัติงานที่ต้องใช้การเคลื่อนย้ายสูงสุดของระบบจ่ายพลังงานแลคเตท ในคนที่ไม่ได้รับการฝึกฝน ความเข้มข้นของแลคเตทในเลือดที่จำกัดคือ 11 - 12 มิลลิโมล/ลิตร ภายใต้อิทธิพลของการฝึก ความสามารถของระบบแลคเตทจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และความเข้มข้นของแลคเตทในเลือดสามารถสูงถึง 25 - 30 mmol / l ขึ้นไป

ค่าสูงสุดของการสร้างพลังงานและแลคเตทในเลือดในผู้หญิงต่ำกว่า 30-40% เมื่อเทียบกับผู้ชายที่มีความเชี่ยวชาญด้านกีฬาเดียวกัน นักกีฬารุ่นเยาว์เมื่อเปรียบเทียบกับผู้ใหญ่มีความโดดเด่นด้วยความจุแบบไม่ใช้ออกซิเจนต่ำ ความเข้มข้นสูงสุดของแลคเตทในเลือดในปริมาณที่ จำกัด ของธรรมชาติแบบไม่ใช้ออกซิเจนในนั้นไม่เกิน 10 มิลลิโมลต่อกิโลกรัมซึ่งต่ำกว่านักกีฬาผู้ใหญ่ 2-3 เท่า

ดังนั้นปฏิกิริยาปรับตัวของระบบแลคเตทแอนแอโรบิกสามารถดำเนินไปในทิศทางที่ต่างกัน หนึ่งในนั้นคือการเพิ่มขึ้นของความคล่องตัวของกระบวนการไกลโคไลติกซึ่งแสดงออกในความสำเร็จที่เร็วกว่ามากของประสิทธิภาพสูงสุด (จาก 15-20 เป็น 5–8 วินาที) ปฏิกิริยาที่สองเกี่ยวข้องกับการเพิ่มพลังของระบบไกลโคไลติกแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตพลังงานจำนวนมากขึ้นต่อหน่วยเวลา ปฏิกิริยาที่สามจะลดลงเป็นการเพิ่มความจุของระบบและแน่นอนปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ผลิตขึ้นอันเป็นผลมาจากระยะเวลาการทำงานเพิ่มขึ้นซึ่งส่วนใหญ่มาจาก glycolysis

ค่าสูงสุดของแลคเตทและ pH ในเลือดแดงระหว่างการแข่งขันในกีฬาบางประเภทแสดงไว้ในรูปที่ 3.

รูปที่ 3 ค่าสูงสุดของแลคเตทและ pH ในเลือดแดงในนักกีฬาที่เชี่ยวชาญด้านกีฬาต่างๆ: a - วิ่ง (400, 800 ม.); b - สเก็ตเร็ว (500, 1000m); c - พายเรือ (2000 ม.); d - ว่ายน้ำ 100 ม. e - บ็อบสเลห์; e - ปั่นจักรยาน (100 กม.)
(ไอน์เดมันน์ & กึล, 1977)

พวกเขาให้ภาพที่ค่อนข้างสมบูรณ์ของบทบาทของแหล่งพลังงานแลคเตทที่ไม่ใช้ออกซิเจนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์กีฬาระดับสูงในกีฬาประเภทต่างๆ และของสำรองแบบปรับตัวของระบบไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

เมื่อเลือกระยะเวลาการทำงานที่เหมาะสมที่สุดซึ่งรับประกันความเข้มข้นสูงสุดของแลคเตทในกล้ามเนื้อ ควรคำนึงว่าปริมาณแลคเตทสูงสุดจะสังเกตได้เมื่อใช้แรงมาก ระยะเวลาต่างกันไประหว่าง 1 - 6 นาที การเพิ่มขึ้นของระยะเวลาทำงานสัมพันธ์กับความเข้มข้นของแลคเตทในกล้ามเนื้อที่ลดลง

ในการเลือกวิธีการที่เหมาะสมที่สุดในการเพิ่มความจุแบบไม่ใช้ออกซิเจน การติดตามคุณลักษณะของการสะสมแลคเตทระหว่างการทำงานที่ความเข้มข้นสูงสุดเป็นช่วงๆ เป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น การบรรทุกน้ำหนักมากเกินปกติเป็นเวลา 1 นาทีโดยมีการหยุดชั่วคราวสี่นาทีจะทำให้มีแลคเตทในเลือดเพิ่มขึ้นอย่างถาวร (รูปที่ 4) ในขณะที่ลดตัวบ่งชี้ความเป็นกรด-เบส (รูปที่ 5)

ข้าว. 4. การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของแลคเตทในเลือดระหว่างการออกกำลังกายสูงสุดเป็นระยะ (การออกกำลังกาย 1 นาทีที่ความเข้มข้น 95% คั่นด้วยช่วงเวลาพัก 4 นาที) (Hermansen, Stenswold, 1972)

ข้าว. 5. การเปลี่ยนแปลงของค่า pH ของเลือดในระหว่างการแสดงที่ความเข้มข้นสูงสุดเป็นเวลา 1 นาที (Hollman, Hettinger, 1980)

สังเกตผลกระทบที่คล้ายกันเมื่อทำแบบฝึกหัด 15 - 20 วินาทีด้วยกำลังสูงสุดโดยหยุดชั่วคราวประมาณ 3 นาที (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. พลวัตของการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีในนักกีฬาระหว่างการแสดงซ้ำของการออกกำลังกายระยะสั้นที่มีกำลังสูงสุด (N. Volkov et al., 2000)

ระบบจ่ายพลังงานอะแลคเตท

ระบบจ่ายพลังงานนี้ซับซ้อนน้อยที่สุด โดยมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานที่ปล่อยพลังงานสูงและใช้เวลาดำเนินการสั้น การก่อตัวของพลังงานในระบบนี้เกิดจากการสลายของสารประกอบฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงาน - อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) และครีเอทีน ฟอสเฟต (CP) พลังงานที่เกิดจากการสลายตัวของ ATP นั้นรวมอยู่ในกระบวนการจ่ายพลังงานสำหรับงานแล้วในวินาทีแรก อย่างไรก็ตาม ในวินาทีที่สอง งานนี้ดำเนินการเนื่องจากครีเอทีนฟอสเฟต (CP) ซึ่งสะสมอยู่ในเส้นใยกล้ามเนื้อและมีสารประกอบฟอสเฟตที่อุดมไปด้วยพลังงาน การสลายของสารประกอบเหล่านี้นำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานอย่างเข้มข้น ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสลาย CP ได้แก่ ครีเอทีน (Cr) และอนินทรีย์ฟอสเฟต (Pn) ปฏิกิริยาถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์ creatine kinase และมีลักษณะดังนี้:

พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลาย CP นั้นมีให้สำหรับกระบวนการสังเคราะห์ ATP ใหม่ ดังนั้นการสลายอย่างรวดเร็วของ ATP ระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อตามมาด้วยการสังเคราะห์ซ้ำจาก ADP และ Fn โดยมีส่วนร่วมของพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายของ CP:

กลไกอีกประการหนึ่งของระบบการจ่ายพลังงานจากอะแลกติกคือสิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยา myokinase ซึ่งถูกกระตุ้นในช่วงที่กล้ามเนื้ออ่อนล้าอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออัตราการแยก ATP สูงกว่าอัตราการสังเคราะห์ใหม่อย่างมีนัยสำคัญ ปฏิกิริยา myokinase ถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์ myokinase และประกอบด้วยการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งและการก่อตัวของ ATP และ adenosine monophosphate (AMP):

Adenosine monophosphate (AMP) ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยา myokinase มีกลุ่มฟอสเฟตสุดท้ายและไม่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ไม่เหมือนกับ ATP และ ADP ปฏิกิริยา myokinase ถูกกระตุ้นภายใต้สภาวะเมื่อเนื่องจากความล้า เส้นทางอื่นสำหรับการสังเคราะห์ ATP ได้หมดความสามารถแล้ว

ไม่สามารถเติมสต็อคของ CF ในกระบวนการปฏิบัติงานได้ สำหรับการสังเคราะห์ซ้ำ สามารถใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการสลาย ATP เท่านั้น ซึ่งเป็นไปได้เฉพาะในช่วงการกู้คืนหลังจากสิ้นสุดการทำงาน

ระบบ alactate ซึ่งโดดเด่นด้วยอัตราการปลดปล่อยพลังงานที่สูงมาก มีลักษณะเฉพาะพร้อม ๆ กันด้วยความจุที่จำกัดอย่างยิ่ง ระดับพลังแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนสูงสุดขึ้นอยู่กับปริมาณฟอสเฟต (ATP และ CP) ในกล้ามเนื้อและอัตราการใช้งาน ภายใต้อิทธิพลของการฝึกวิ่งเร็ว พลังแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ภายใต้อิทธิพลของการฝึกพิเศษ พลังของระบบแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะเพิ่มขึ้น 40-80% ตัวอย่างเช่น การฝึกวิ่งเร็ว 8 สัปดาห์ในนักวิ่งส่งผลให้ ATP และ CP ของกล้ามเนื้อโครงร่างพักเพิ่มขึ้นประมาณ 10%

ภายใต้อิทธิพลของการฝึกกล้ามเนื้อ ไม่เพียงแต่ปริมาณของ ATP และ Kf เพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความสามารถของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อในการแยกออกอีกด้วย ปฏิกิริยาดัดแปลงอื่นที่กำหนดพลังของระบบแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือการเร่งการสังเคราะห์ฟอสเฟตใหม่เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมของเอนไซม์โดยเฉพาะ creatine phosphokinase และ myokinase

ภายใต้อิทธิพลของการฝึกอบรมตัวบ่งชี้ความจุสูงสุดของระบบจ่ายพลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจนของ alactic ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ความสามารถของระบบแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนภายใต้อิทธิพลของการฝึกอบรมเป้าหมายระยะยาวสามารถเพิ่มขึ้น 2.5 เท่า สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยตัวบ่งชี้ของหนี้ O2 ทางช้างเผือกสูงสุด: สำหรับนักกีฬามือใหม่ คือ 21.5 มล./กก. สำหรับนักกีฬาระดับสูง สามารถเข้าถึง 54.5 มล./กก.

การเพิ่มความสามารถของระบบพลังงาน alactic นั้นยังปรากฏให้เห็นในระยะเวลาของการทำงานที่มีความเข้มข้นสูงสุด ดังนั้น สำหรับผู้ที่ไม่ได้เล่นกีฬา พลังสูงสุดของกระบวนการแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ทำได้หลังจาก 0.5 - 0.7 วินาทีหลังจากเริ่มงาน สามารถคงไว้ได้ไม่เกิน 7 - 10 วินาที จากนั้นสำหรับระดับบนสุด นักกีฬาที่เชี่ยวชาญเรื่องการวิ่งเร็วสามารถปรากฏได้ภายใน 15 - 20 วินาที ในเวลาเดียวกัน การทำงานที่ยาวนานจะมาพร้อมกับพลังงานที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราการสลายตัวและการสังเคราะห์ฟอสเฟตพลังงานสูงในระดับสูง

ความเข้มข้นของ ATP และ CF ในผู้ชายและผู้หญิงเกือบจะเท่ากัน - ประมาณ 4 มิลลิโมล/กก. ATP และ 16 มิลลิโมล/กก. CF อย่างไรก็ตาม ปริมาณฟอสโฟเจนทั้งหมดที่สามารถใช้ได้ระหว่างกิจกรรมของกล้ามเนื้อนั้นมากกว่าผู้ชายอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าในผู้หญิง เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในปริมาตรรวมของกล้ามเนื้อโครงร่าง โดยธรรมชาติแล้ว ผู้ชายจะมีความจุของระบบจ่ายพลังงานแอโรบิกแอนแอโรบิกที่ใหญ่กว่ามาก

โดยสรุปแล้วควรสังเกตว่าบุคคลที่มีผลผลิตแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนในระดับสูงมีความสามารถในการแอโรบิกต่ำมีความทนทานต่อการทำงานระยะยาว ในเวลาเดียวกัน ในนักวิ่งระยะไกล ความสามารถแอโรบิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนไม่เพียงเทียบได้กับนักวิ่งระยะสั้นเท่านั้น แต่ยังด้อยกว่าผู้ที่บันทึกในผู้ที่ไม่ใช่นักกีฬาด้วย

ลักษณะทั่วไปของระบบจ่ายพลังงานสำหรับกิจกรรมของกล้ามเนื้อ

ดังที่คุณทราบ พลังงานเป็นการวัดเชิงปริมาณทั่วไปที่เชื่อมโยงปรากฏการณ์ธรรมชาติทั้งหมด รูปแบบการเคลื่อนที่ของสสารในรูปแบบต่างๆ เข้าด้วยกัน จากพลังงานทุกประเภทที่สร้างและใช้ในกระบวนการทางกายภาพต่างๆ (ความร้อน เชิงกล เคมี ฯลฯ) ที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของกล้ามเนื้อ ความสนใจหลักควรเน้นที่พลังงานเคมีของร่างกายซึ่งเป็นแหล่งอาหารและ การเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานกลของกิจกรรมมอเตอร์ คน

พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายอาหารจะใช้เพื่อผลิตอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งสะสมอยู่ในเซลล์กล้ามเนื้อและเป็นเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งสำหรับการผลิตพลังงานกลของการหดตัวของกล้ามเนื้อ

พลังงานสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อมาจากการสลายตัวของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ไปจนถึงอะดีโนซีน ไดฟอสเฟต (ADP) และอนินทรีย์ฟอสเฟต (P) ปริมาณ ATP ในกล้ามเนื้อมีน้อยและเพียงพอที่จะให้ความเข้มข้นสูงในการทำงานเพียง 1-2 วินาทีเท่านั้น ในการทำงานต่อไป จำเป็นต้องมีการสังเคราะห์ ATP ใหม่ ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการปลดปล่อยพลังงานในสามประเภท การเติมเต็ม ATP สำรองในกล้ามเนื้อช่วยให้คุณรักษาระดับความเข้มข้นคงที่ซึ่งจำเป็นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้ออย่างเต็มที่

การสังเคราะห์ ATP ทำได้ทั้งในปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนและแบบแอโรบิกโดยมีส่วนร่วมของครีเอทีนฟอสเฟต (CP) และสารสำรอง ADP ที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อเป็นแหล่งพลังงาน เช่นเดียวกับสารตั้งต้นที่อุดมด้วยพลังงาน (ไกลโคเจนของกล้ามเนื้อและตับ ไลโปสเนื้อเยื่อสำรอง ฯลฯ) . ปฏิกิริยาเคมีที่นำไปสู่การให้พลังงานของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นในระบบพลังงานสามระบบ: 1) อะแลคเตทแบบไม่ใช้ออกซิเจน 2) แลคเตทแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ไกลโคไลติก), 3) แอโรบิก

การก่อตัวของพลังงานในสองระบบแรกนั้นดำเนินการในกระบวนการของปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ต้องการออกซิเจน ระบบที่สามให้พลังงานสำหรับกิจกรรมของกล้ามเนื้ออันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของออกซิเจน แนวคิดทั่วไปที่สุดเกี่ยวกับลำดับของการเปิดเครื่องและอัตราส่วนเชิงปริมาณในการจัดหาพลังงานของกิจกรรมของกล้ามเนื้อของแต่ละระบบเหล่านี้แสดงไว้ในรูปที่ หนึ่ง.

ความสามารถของแต่ละระบบพลังงานเหล่านี้กำหนดโดยพลังงาน กล่าวคือ อัตราการปลดปล่อยพลังงานในกระบวนการเมแทบอลิซึม และความจุ ซึ่งพิจารณาจากขนาดและประสิทธิภาพของการใช้เงินทุนของสารตั้งต้น

ข้าว. มะเดื่อ 1. ลำดับและอัตราส่วนเชิงปริมาณของกระบวนการจัดหาพลังงานของกิจกรรมของกล้ามเนื้อในนักกีฬาที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในระบบพลังงานต่างๆ (แบบแผน): 1 - alactic; 2 - แลคเตท; 3 - แอโรบิก

การเคลื่อนไหวของข้อต่อเกิดขึ้นเนื่องจากการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง แผนภาพต่อไปนี้แสดงการเผาผลาญพลังงานในกล้ามเนื้อ

หน้าที่การหดตัวของกล้ามเนื้อทุกประเภทเกิดจากการเปลี่ยนพลังงานเคมีของกระบวนการทางชีวเคมีบางอย่างไปเป็นงานกลในเส้นใยกล้ามเนื้อ ไฮโดรไลซิสของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ให้พลังงานแก่กล้ามเนื้อ

เนื่องจากอุปทานของกล้ามเนื้อ ATPเล็ก จำเป็นต้องกระตุ้นวิถีเมแทบอลิซึมเพื่อการสังเคราะห์ใหม่ ATPเพื่อให้ระดับการสังเคราะห์สอดคล้องกับต้นทุนการหดตัวของกล้ามเนื้อ การสร้างพลังงานสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อสามารถทำได้แบบไม่ใช้ออกซิเจน (โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน) และแบบแอโรบิก ATPสังเคราะห์จากอะดีโนซีน ไดฟอสเฟต ( ADP) ผ่านพลังงานของครีเอทีน ฟอสเฟต ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือเมแทบอลิซึมของออกซิเจน หุ้น ATPในกล้ามเนื้อค่อนข้างเล็กน้อยและเพียงพอสำหรับการทำงานหนัก 2-3 วินาทีเท่านั้น

ครีเอทีนฟอสเฟต

สต็อคของครีเอทีนฟอสเฟต ( KrF) มีสำรองในกล้ามเนื้อมากขึ้น ATPและสามารถแปลงเป็น . แบบไม่ใช้ออกซิเจนได้อย่างรวดเร็ว ATP. KrF- พลังงาน "เร็วที่สุด" ในกล้ามเนื้อ (ให้พลังงานในช่วง 5-10 วินาทีแรกของการทำงานที่ทรงพลังและระเบิดได้จากธรรมชาติเช่นเมื่อยกบาร์เบลล์) หลังจากที่ของหมดสต๊อก KrFร่างกายดำเนินการสลายไกลโคเจนในกล้ามเนื้อซึ่งให้การทำงานนานขึ้น (มากถึง 2-3 นาที) แต่เข้มข้นน้อยกว่า (สามครั้ง)

ไกลโคไลซิส

Glycolysis เป็นรูปแบบหนึ่งของการเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ให้การสังเคราะห์ใหม่ ATPและ KrFเนื่องจากปฏิกิริยาการสลายตัวของไกลโคเจนหรือกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนกับกรดแลคติก

KrFถือว่าเป็นเชื้อเพลิงที่ปล่อยเร็วที่สร้างใหม่ ATPซึ่งเป็นจำนวนเล็กน้อยในกล้ามเนื้อและดังนั้น KrFเป็นเครื่องดื่มชูกำลังหลักไม่กี่วินาที Glycolysis เป็นระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสามารถทำงานได้เป็นเวลานาน ดังนั้นความสำคัญของระบบจึงมีความจำเป็นสำหรับการดำเนินการที่ยาวนานขึ้น KrFจำกัดจำนวนเล็กน้อย ในทางกลับกัน ไกลโคไลซิสมีโอกาสให้พลังงานค่อนข้างนาน แต่ด้วยการผลิตกรดแลคติก มันจะเติมเซลล์ยนต์ด้วย และด้วยเหตุนี้ จึงจำกัดการทำงานของกล้ามเนื้อ

เมแทบอลิซึมออกซิเดชัน

มันเกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้ของการทำงานเนื่องจากการออกซิเดชันของพื้นผิวพลังงานซึ่งสามารถใช้เป็นคาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน ในขณะที่เพิ่มการส่งและการใช้ออกซิเจนในกล้ามเนื้อทำงาน

เพื่อเติมเต็มพลังงานสำรองเร่งด่วนและระยะสั้นและทำงานในระยะยาว เซลล์กล้ามเนื้อใช้แหล่งพลังงานที่เรียกว่าระยะยาว ซึ่งรวมถึงกลูโคสและโมโนแซ็กคาไรด์อื่นๆ กรดอะมิโน กรดไขมัน ส่วนประกอบอาหารกลีเซอรอลที่ส่งไปยังเซลล์กล้ามเนื้อผ่านเครือข่ายของเส้นเลือดฝอย และเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญออกซิเดชัน แหล่งพลังงานเหล่านี้ก่อให้เกิดการก่อตัว ATPโดยผสมผสานการใช้ออกซิเจนกับการเกิดออกซิเดชันของตัวพาไฮโดรเจนในระบบขนส่งอิเล็กตรอนของไมโตคอนเดรีย

ในกระบวนการออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์ของกลูโคสหนึ่งโมเลกุล มีการสังเคราะห์ 38 โมเลกุล ATP. เมื่อเปรียบเทียบไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนกับการสลายคาร์โบไฮเดรตแบบแอโรบิก คุณจะเห็นว่ากระบวนการแอโรบิกมีประสิทธิภาพมากกว่า 19 เท่า

ในระหว่างการออกกำลังกายที่รุนแรงในระยะสั้นแหล่งพลังงานหลักคือ KrFไกลโคเจน และกลูโคสของกล้ามเนื้อโครงร่าง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ปัจจัยหลักที่จำกัดการศึกษา ATPเราสามารถสมมติได้ว่าไม่มีปริมาณออกซิเจนที่ต้องการ ไกลโคไลซิสที่เข้มข้นนำไปสู่การสะสมของกรดแลคติกจำนวนมากในกล้ามเนื้อโครงร่าง ซึ่งจะค่อยๆ กระจายเข้าสู่กระแสเลือดและถูกส่งไปยังตับ กรดแลคติกที่มีความเข้มข้นสูงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในกลไกควบคุมที่ยับยั้งการแลกเปลี่ยนกรดไขมันอิสระระหว่างออกกำลังกายนาน 30-40 วินาที

เมื่อระยะเวลาของการออกกำลังกายเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของอินซูลินในเลือดจะค่อยๆ ลดลง ฮอร์โมนนี้มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในการควบคุมการเผาผลาญไขมันและยับยั้งการทำงานของไลเปสในระดับความเข้มข้นสูง ความเข้มข้นของอินซูลินที่ลดลงในระหว่างการออกแรงทางกายภาพเป็นเวลานานนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมของระบบเอนไซม์ที่ขึ้นอยู่กับอินซูลิน ซึ่งแสดงออกในกระบวนการสลายไขมันที่เพิ่มขึ้นและการเพิ่มขึ้นของการปล่อยกรดไขมันจากคลังเก็บ

ความสำคัญของกลไกการกำกับดูแลนี้จะชัดเจนเมื่อนักกีฬาทำผิดพลาดบ่อยที่สุด บ่อยครั้งที่พยายามจัดหาแหล่งพลังงานที่ย่อยง่ายให้ร่างกาย หนึ่งชั่วโมงก่อนเริ่มการแข่งขันหรือการฝึก พวกเขารับประทานอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตสูงหรือเครื่องดื่มเข้มข้นที่มีกลูโคส ความอิ่มตัวของร่างกายที่มีคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยง่ายดังกล่าวจะทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดเพิ่มขึ้นหลังจากผ่านไป 15-20 นาที ซึ่งจะทำให้อินซูลินหลั่งอินซูลินเพิ่มขึ้นโดยเซลล์ตับอ่อน การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของฮอร์โมนนี้ในเลือดทำให้การบริโภคกลูโคสเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้น ในที่สุด ร่างกายจะบริโภคคาร์โบไฮเดรตแทนกรดไขมันที่อุดมไปด้วยพลังงาน ดังนั้นการทานน้ำตาลกลูโคสหนึ่งชั่วโมงก่อนเริ่มการแข่งขันอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการเล่นกีฬาอย่างมาก และลดความทนทานต่อการออกกำลังกายเป็นเวลานาน

การมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของกรดไขมันอิสระในการจัดหาพลังงานของกิจกรรมของกล้ามเนื้อทำให้สามารถออกกำลังกายในระยะยาวได้อย่างประหยัดมากขึ้น การเพิ่มขึ้นของกระบวนการสลายไขมันระหว่างออกกำลังกายนำไปสู่การปลดปล่อยกรดไขมันจากคลังเก็บไขมันเข้าสู่กระแสเลือด และสามารถส่งไปยังกล้ามเนื้อโครงร่างหรือใช้เพื่อสร้างไลโปโปรตีนในเลือดได้ ในกล้ามเนื้อโครงร่าง กรดไขมันอิสระเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย ซึ่งพวกมันได้รับการออกซิเดชันตามลำดับที่เกี่ยวข้องกับฟอสโฟรีเลชันและการสังเคราะห์ ATP.

ส่วนประกอบพลังงานชีวภาพที่ระบุแต่ละรายการของสมรรถนะทางกายภาพนั้นมีลักษณะตามเกณฑ์ด้านกำลัง ความจุ และประสิทธิภาพ (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1. ลักษณะสำคัญของพลังงานชีวภาพของกระบวนการเผาผลาญ - แหล่งพลังงานระหว่างกิจกรรมของกล้ามเนื้อ

เกณฑ์กำลังประเมินปริมาณพลังงานสูงสุดต่อหน่วยเวลาที่ระบบเมตาบอลิซึมแต่ละระบบสามารถจัดหาได้

เกณฑ์ความสามารถจะประเมินปริมาณสำรองรวมของสารพลังงานที่มีอยู่สำหรับใช้ในร่างกาย หรือปริมาณงานทั้งหมดที่ทำเนื่องจากส่วนประกอบนี้

เกณฑ์ประสิทธิภาพแสดงให้เห็นว่างานภายนอก (เครื่องกล) สามารถทำได้มากเพียงใดสำหรับหน่วยพลังงานที่ใช้ไปแต่ละหน่วย

สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคืออัตราส่วนของการผลิตพลังงานแอโรบิกและแอนแอโรบิกเมื่อทำงานที่มีความเข้มข้นต่างกัน ในตัวอย่างระยะทางวิ่งจากกรีฑา อัตราส่วนนี้สามารถแสดงได้ (ตารางที่ 2)

ตารางที่ 2 การมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของกลไกการผลิตพลังงานแอโรบิกและแอนแอโรบิกเมื่อทำงานชิ้นเดียวด้วยความเข้มสูงสุดของระยะเวลาต่างๆ