ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ РАБОТЫ МЫШЦ

 

Энергетические система работы мышц представляет собой сложный процесс. Давайте разберемся откуда наш организм черпает энергию для повседневной жизнедеятельности и взрывных нагрузок.


Основными источниками энергии для работы мышц являются:

1. фосфатные соединения – аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
2. углеводы – глюкоза и гликоген;
3. жиры;
4. белки, но к счастью, в энергообеспечении организма они играют далеко не ведущую роль и принимают участие в энергетическом обмене веществ лишь в случаях голодания, продолжительных и очень тяжелых нагрузках.

Запасы АТФ, КФ, гликогена и жиров накапливаются в самой мышечной клетке и, кроме того, гликоген и жиры копятся так же в печени и в подкожной жировой клетчатке.
Запасы АТФ и КФ настолько малы и ничтожны, и, в лучшем случае составляют всего несколько килокалорий, их хватает всего лишь на 1-3 секунды интенсивной работы!
А вот запасов гликогена у нас значительно больше. У нетренированного человека запасы гликогена составляют около 450 гр (примерно 1800 ккал), а у тренированных людей могут доходить и до 750 гр, что дает порядка 3000 ккал.

Большая часть запасенного гликогена располагается в мышцах, а печени достается около 150 гр, т.е. порядка 600 ккал. Поэтому в плане энергетического обеспечения мышц, мышечный гликоген намного эффективней, так как его не нужно транспортировать по кровеносному руслу из запасников и хранилищ и запихивать в клетку - он уже там!
Мышцы с радостью накапливают поступающую к ним глюкозу в виде гликогена, НО с большой неохотой отдают накопленный гликоген назад, для потребления другими, интенсивно работающими мышцами. Это означает, что работающая мышца, исчерпав свои запасы гликогена, не полезет «в карман» к другим, не работающим сейчас мышцам, а будет использовать уже другие источники энергии. И, во-вторых, гликоген из печени так же очень не часто используется для работы мышц, так как он необходим в первую очередь для работы головного мозга и всей нервной системы. Поэтому всевозможные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению гликогена печени мышцами и поддерживают постоянный уровень сахара в крови.

Теперь о жирах. Вот их у нас еще больше чем гликогена, намного больше – примерно от 30 000 до 100 000 и более килокалорий. Понятно, что подавляющее количество этих калорий хранится на наших талиях, животах, ногах и прочих прелестях, а в мышцах жира «всего-то» около 1900 калорий, т.е. примерно 200 гр. с небольшим.
Все приведенные здесь данные достаточно приблизительны и усреднены, и дают только общее представление о количестве хранящейся в нас энергии.

Теперь о самом главном.

Непосредственным источником энергии для мышечных волокон ВСЕГДА является аденозинтрифосфат (АТФ). Поэтому, все преобразования жиров, углеводов и других энергоносителей в клетке сводятся к постоянному синтезу АТФ. Т.е. все эти вещества «горят» для создания молекул АТФ.
Вот смотрите, как все происходит:
Для получения энергии аденозинтрифосфат (АТФ) расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При этом расщеплении выделяется энергия, которая и используется для сокращения мышечных.
Условно этот процесс можно записать вот так:

АТФ -> АДФ + Ф + Энергия(1)

Но полученной таким образом энергии хватает ненадолго (1-3 сек), так как запасы АТФ очень малы, да и используется полученная энергия для выполнения работы лишь на одну треть, остальные две трети выделяются в виде тепла. Поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза АТФ, т.е. возникающие в результате расщепления АТФ продукты АДФ и Ф соединяются снова:

АДФ + Ф + Энергия -> АТФ (2)

Для осуществления этой реакции уже ТРЕБУЕТСЯ энергия. Вот для ее получения и задействуются другие вещества. Причем, в зависимости от того, участвует ли кислород в получение этой энергии, или же этот процесс обходится без него, и различают анаэробное (без участия кислорода) и аэробное (с участием кислорода) энергообразование.
Так вот, с помощью каких энергоносителей будет осуществляться восстановление АТФ, зависит от количества энергии требуемой в единицу времени.
При очень интенсивной мышечной работе, резко начинающей выполняться из состояния покоя, АТФ восстанавливается с помощью креатинфосфата (КФ) - вот и до него очередь дошла. В этом случае схема получения АТФ выглядит следующим образом:

КФ + АДФ -> Креатин (К) + АТФ (3)

В данной ситуации креатинфосфат распадается на Креатин и Фосфат с высвобождением необходимой энергии, которая и задействуется при соединении образовавшегося фосфата (Ф) с аденодиндифосфатом (АДФ) для синтеза АТФ.

Для большего понимания можно попробовать записать вот так:
КФ+АДФ->К+Ф+энергия+АДФ ->К + АТФ (3)

Такой процесс достаточно энергоэффективен, так как выход энергии в результате таких преобразований примерно соответствует энергии получаемой от расщепления АТФ.
Но, креатинфосфата в мышце содержится всего лишь в 3-4 раза больше, чем самих запасов АТФ, так что и его хватает лишь на 7-12 секунд предельно интенсивной работы, ну, или же на 15-30 секунд просто интенсивного сокращения мышц. А дальше – всё. Особенно эта ситуация бывает заметна у новичков, 30 секунд они весело машут мечем, а потом “сдыхают” – их запасы фосфатов, богатых энергий, практически исчерпаны, и организм в такой ситуации просто вынужден переключаться на получение энергии из менее эффективного источника-гликогена.
Гликоген, содержащийся в мышце, в таких вот условиях будет расщепляться без участия кислорода на молочную кислоту-лактат. Точнее даже без участия кислорода гликоген расщепляется не полностью, а лишь до
образования молочной кислоты. Само собой при таком расщеплении будет выделяться энергия необходимая для синтеза АТФ. Упрощенно наша формула будет выглядеть так:

Гликоген -> Лактат + АТФ (4)

Ну, а более подробно вот так:

Гликоген -> Лактат (молочная кислота) + энергия + Ф+АДФ ->Лактат + АТФ.(4)

Такая вот система носит название анаэробной лактатной системы или как еще ее называют анаэробная гликолитическая система.
Но вот беда, при таком способе расщеплении гликогена, за одно и тоже время энергии получается в несколько раз меньше, чем при расщеплении креатинфосфата. Вот поэтому и приходится снижать интенсивность выполняемой работы, ибо для более быстрых и мощных движений энергии просто не хватает.

Анаэробное расщепление гликогена начинается практически с самого начала работы, ведь наш организм не знает заранее, какая нагрузка его ждет, поэтому и старается активизировать все свои энергетические системы практически одновременно, чтобы не допустить перерывов в работе. На свою максимальную мощность анаэробная лактатная система выходит примерно через 15-20 секунд работы предельной интенсивности, т.е. когда заканчиваются запасы креатинфосфатов. Но действие и этой системы не может длиться долгое время, так что её хватает на 2 -3 минуты очень интенсивной работы. И тут дело не в том, что запасы гликогена заканчиваются, нет, его остается еще достаточно много для продолжения работы. Причина невозможности продолжать работу заданной интенсивности кроется в другом - в молочной кислоте. При продолжительных интенсивных нагрузках количество образуемой молочной кислоты превышает порог ее возможного усвоения и утилизации другими мышцами и буферными системами крови. Ну, а далее, упуская слишком умные термины и химические реакции, избыток молочной кислоты в конечном счете приводит к снижению скорости расщепления гликогена, что приводит к уменьшению количества синтезируемой АТФ и как следствие, к снижению работоспособности. В такой ситуации нам ничего не остается делать, как остановиться, что бы «перевести дыхание» и дождаться вывода из работающих мышц излишков молочной кислоты, или же еще снизить интенсивность выполняемой работы, что бы запустить следующую систему получения энергии - аэробную.

Так вот, гликоген для образования энергии может распадаться не только на молочную кислоту (лактат). В присутствии достаточного количества кислорода (О2), гликоген может распадаться до углекислого газа (СО2) и воды (Н2О), конечно же с высвобождением энергии. Но процесс этот не быстрый, и проходит он в два этапа: сначала гликоген расщепляется до уже известной нам молочной кислоты, а потом происходит окисление молочной кислоты. На выходе получается углекислый газ, вода и большое количество энергии, причем даже большее, чем при анаэробном расщеплении гликогена, ведь в ход идет еще и молочная кислота, из которой тоже извлекается энергия.

Соответственно, наша формула будет выглядеть следующим образом:

Гликоген + О2 -> Н2О + СО2 + АТФ (5)

Такая же реакция может происходить и с жирными кислотами, которые так же превращаются в воду и углекислый газ:

Жирные кислоты + О2 -> Н2О + СО2 + АТФ (6)

Но и в работе аэробной системы тоже не все так просто:
да, запасов гликогена и жиров хватает на многие и многие часы мышечной работы, да, при таком способе получения энергии не образуется молочная кислота, которая влияет на утомляемость мышц, но зато имеются ограничения по количеству кислорода, так как его поступление зависит, в основном, от работы сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Чем больше сердце и легкие могут поставить работающим мышцам кислорода – тем больше энергии можно произвести таким аэробным способом.

Причем для сгорания жирных кислот кислорода требуется еще больше, чем для расщепления гликогена - по некоторым данным больше на 12%. Эффективность энергообеспечения за счёт жировых запасов зависит еще от скорости протекания липолиза (процесса расщепления жиров на составляющие их жирные кислоты) и от скорости кровотока в жировой ткани для обеспечения своевременной доставки этих жирных кислот к мышечным клеткам.

Аэробная система, как и другие системы получения энергии для синтеза АТФ запускается практически сразу же в момент начала физических нагрузок, но «раскочегаривается» очень медленно и постепенно, поэтому на свою максимальную мощность выходит после 2-3 минут интенсивной нагрузки. Причем, как уже говорилось, вначале преобладает распад гликогена, и только потом, минут через 20-30 начинает преобладать распад жирных кислот.

Подытожим:
У нас всегда одновременно работают 4 энергетические системы:

1)Аэробная алактатная (фосфатная) (АТФ, креатинфосфат);
2)Анаэробная лактатная (гликолитическая) (Гликоген мышц и печени и глюкоза крови);
3)Аэробный гликолиз (Гликоген мышц, печени и глюкоза крови);
4)Аэробное окисление жирных кислот(Жирные кислоты)

их запасы можно увеличивать за счет тренировок, так же как и их эффективность за счет улучшения работы сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Можно “переучить” мышцы для работы под определенной системой. Какими тренировками – это уже другой вопрос =)