Как организм использует питательные вещества при физических нагрузках

Механизм преобразования пищи в энергию зависит от нескольких факторов. Зная основные принципы этого механизма, можно научиться распределять нагрузки и правильно питаться, что поможет значительно улучшить спортивные результаты.

Спортивная диетология построена на понимании того, как питательные вещества — жиры, белки и углеводы — преобразуются в энергию, которая необходима телу для выполнения физических упражнений. Эти вещества в организме превращаются в энергию в виде аденозинтрифосфата, или АТФ. Энергию, необходимую для работы мышц, организм берет из расщепленного аденозинтрифосфата. Но у каждого из этих трех питательных веществ свой механизм преобразования в АТФ.

Углеводы — это основной источник энергии для выполнения интенсивных упражнений. Жиры, наоборот, обеспечивают организм энергией для длительных, но неинтенсивных упражнений. Белки не снабжают организм энергией. Они в основном используются как строительный материал для тканей.

Энергетический обмен в организме
Организм не может накапливать АТФ (накопленный АТФ используется организмом в течение нескольких секунд), поэтому во время физических нагрузок организм должен постоянно производить АТФ. Существует два основных способа преобразования организмом питательных веществ в АТФ: аэробный метаболизм (с кислородом) и анаэробный метаболизм (без кислорода).

АТФ-ФК анаэробный путь метаболизма
АТФ-ФК путь метаболизма (иногда называемый фосфатной системой) обеспечивает организм энергией в течение 10 секунд, и используется для кратковременных интенсивных нагрузок, таких как, например, стометровый спринт. В этом случае организму не требуется кислород для производства АТФ. Сначала он использует весь АТФ, накопленный в мышцах (в течение 2-3 секунд), затем начинает использовать креатинфосфат (креатинфосфорную кислоту) для синтеза АТФ. Когда запас креатинфосфата иссякает (это происходит через 6-8 секунд), организм переходит снова к синтезу АТФ аэробным или анаэробным путем.

Анаэробный метаболизм — гликолиз
Анаэробный метаболизм, или гликолиз, синтезирует АТФ только из углеводов. Побочным продуктом такого метаболизма является молочная кислота. При гликолизе энергия выделяется в результате частичного расщепления глюкозы, и для этого не требуется кислород. Анаэробный метаболизм производит энергию для кратковременных, интенсивных физических нагрузок, длительностью не более нескольких минут. Через несколько минут накопившаяся молочная кислота достигает определенного предела, так называемого лактатного порога, и при этом человек чувствует усталость, боль и жжение в мышцах.

Аэробный метаболизм
Аэробный метаболизм вырабатывает энергию для длительных физических нагрузок. Для синтеза АТФ из питательных веществ — белков, жиров и углеводов — используется кислород. Этот путь медленнее, чем анаэробный, в нем задействована система кровообращения, снабжающая работающие мышцы кислородом в то время, пока происходит синтез АТФ. Аэробный метаболизм в основном используется во время длительных физических нагрузок небольшой интенсивности.

Во время тренировок аэробный и анаэробный метаболизм сменяют друг друга. В начале тренировки, АТФ вырабатывается по схеме анаэробного метаболизма. По мере того, как учащается дыхание и пульс, в организм поступает больше кислорода, и организм переходит на аэробный тип метаболизма. По этой схеме организм продолжает работать до тех пор, пока не достигнет лактатного порога. Когда этот предел достигнут, кислород уже не поступает в организм достаточно быстро для синтеза АТФ, поэтому снова «включается» анаэробный метаболизм. Но этот механизм рассчитан на короткий период времени, поэтому спортсмену необходимо уменьшить интенсивность упражнения, чтобы предотвратить образование молочной кислоты.

Восполнение энергетических запасов организма
В зависимости от интенсивности и длительности физической нагрузки, в качестве источника энергии выступают углеводы или жиры. Жиры являются хорошим источников энергии для длительных тренировок, но при интенсивных нагрузках, как, например, спринт, они не используются организмом. Если интенсивность тренировки невысокая (когда частота сердцебиений менее 50 процентов от максимальной), организм сможет использовать накопленный жир в качестве источника энергии в течение многих часов, пока в организм будет поступать достаточно кислорода, необходимого для процесса жирового метаболизма.

Когда увеличивается интенсивность нагрузки, начинает работать углеводный метаболизм. Он более эффективный, чем жировой метаболизм, но может вырабатывать ограниченное количество энергии. Углеводы, хранящиеся в организме в виде гликогена, могут обеспечивать организм энергией для интенсивной физической нагрузки в течение двух часов. Но после того как организм исчерпает свои углеводные запасы, спортсмен резко теряет силы.

Парацетамол повышает производительность при высокоинтенсивных нагрузках

Спортивные ученые из университета Бедфоршир (Англия) готовятся опубликовать в Европейском журнале прикладной физиологии результаты исследования, которые могут быть интересны спортсменам, в чьей деятельности важно сохранение работоспособности при повторяющихся высокоинтенсивных нагрузках (кроссфит, гиревой спорт, русский жим, бодибилдинг и т.д.)

В исследовании ученые проводили эксперимент с 9-тью тренированными студентами мужского пола. Спустя 30 минут после приема 1,5 грамм болеутоляющего препарата парацетамола студентов посадили на велоэргометр и заставили сделать восемь 30-тисекундных спринтов с двухминутным отдыхом между ними. Точно такой же протокол нагрузки они повторили позже, но без приема парацетамола. После выполнения каждого спринта мощность развиваемая участниками эксперимента постепенно снижалась. Однако, после приема парацетамола это падение было менее выражено. Средняя производительность восьми спринтов без приема парацетамола составила 372 Ватт, с парацетамолом 391 Ватт, то есть на 5% больше.

Ученые пришли к выводу, что повышение производительности было вызвано лучшей переносимостью к боли (чувство жжения, вызываемое «закислением» мышечных клеток ионами водорода), которая неминуемо сопровождает длительную работу высокой интенсивности. Причем механизм подавления такой разновидности болевых ощущений еще не ясен, возможно это связано с усилением действия серотонина в головном мозге. Серотонин это нейромедиатр, который называют «гормоном счастья», «гормоном хорошего настроения»
Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24122176

Спортсмены тех видов спорта, где жжение в мышцах ограничивает продолжительность нагрузки, чем снижает окончательный результат, могут принять эту информацию к сведению. Например, представители русского жима, где по правилам соревнований подход длится 5 минут и в процессе подхода спортсмен имеет возможность выполнить два «отдыха» со штангой на груди. После каждого «отдыха» жжение усиливается и препятствует продолжению работы. Снижение болевых ощущений могло бы добавить пару дополнительных повторов. В бодибилдинге это может быть полезно, когда атлет выполняет большое количество подходов в высоком числе повторений с малым отдыхом между подходами.

Интересно, что ранее были получены подобные результаты с применением другого болеутоляющего (и противовоспалительного) препарата ибупрофена, но в экспериментах над животными. В «Про-Статусе» это исследование публиковалось:
« Одна группа подопытных молодых крыс-самцов регулярно плавала в течение шести недель, затем исследователи сравнили их результаты с неактивной группой крыс. После шести недель эксперимента исследователи дали половине крыс в каждой группе ибупрофен в дозе, эквивалентной 150-200 мг в день для человека (чаще всего ибупрофен в качестве лекарственного средства представлен в таблетках по 400 мг). Вторая половина получала плацебо – физраствор. Затем исследователи заставили всех крыс плавать до полного утомления три раза, с перерывом в три дня между каждой сессией. Введение ибупрофена продлевало время, в течение которого как тренированные, так и нетренированные крысы могли держать голову над водой. Кроме того, повышающее выносливость действие ибупрофена проявлялось сильнее в каждом последующем «заплыве». Исследователи не обнаружили никаких доказательств значительного воздействия ибупрофена на мышцы крыс, но зафиксировали воздействие на их мозг. Наиболее заметный эффект - уменьшение концентрации воспалительного фактора интерлейкина 1-бета в коре головного мозга. Ибупрофен снижает болевые раздражения у лабораторных животных, а также восприятие мышечной усталости и боли, предполагают исследователи. В результате крысы непрерывно плавают дольше и с каждой тренировочной сессией становятся выносливее. «Совокупное воздействие физических упражнений и приема ибупрофена подтверждают гипотезу, что эта комбинация может представлять собой эффективный метод, а повышающие работоспособность препараты могут быть полезным средством для предотвращения усталости, вызванной тренировкой», - заключили исследователи»

P.S. Не стоит забывать, что ибупрофен не самый безопасный для здоровья препарат

The influence of acetaminophen on repeated sprint cycling performance. - PubMed - NCBIwww.ncbi.nlm.nih.gov

ВИИТ ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ ВЫНОСЛИВОСТИ – ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЛИ ЭТО ТАК?

Сегодня мы часто слышим об интервальной тренировке высокой интенсивности (ВИИТ), но один из наиболее интересных фактов о ВИИТ – способность помочь спортсменам улучшить показатели в соревнованиях на выносливость. ВИИТ И РЕЗУЛЬТАТЫ НАГРУЗОК НА ВЫНОСЛИВОСТЬ
Предлагаю начать с рассмотрения традиционной тренировки на выносливость, при которой увеличение продолжительности неизменной, но низкоинтенсивной тренировки (НИТ) приводит к увеличению потребления кислорода и энергетических субстратов в мышечных волокнах. Раньше, во время бума бега и триатлона, начиная с середины 1970-х и до конца 20-го века, под влиянием легендарных марафонских соревнований и популярных гонок, таких как Hawaii Ironman Triathlon® и Tour de France®, «дольше» приравнивалось к «лучше».
Даже в настоящее время протоколы НИТ составляют не менее 70% большинства программ тренировок на выносливость, а ВИИТ и тренировка средней интенсивности (СИТ) делят оставшуюся часть годичного плана подготовки. В рекреационной тренировке на выносливость спортсмены тратят от 5 до 15 часов на своё увлечение, в основном на километраж, создающий и поддерживающий аэробную базу. Программа ВИИТ используется значительно реже, в основном ближе к дню соревнований, как эффективная стратегия стимуляции (Seiler & Tonnessen 2009). Тренировочная модель НИТ процветала более 50 лет, практически без конкуренции, до недавних исследований ВИИТ, расширивших наши знания о том, как большая интенсивность может улучшать многие физиологические пути и системы производства энергии, общие с аэробной НИТ.

АЭРОБНАЯ И АНАЭРОБНАЯ СИСТЕМЫ ДОПОЛНЯЮТ ДРУГ ДРУГА
В нашем организме есть три основные энергетические системы, с тремя различными целями и клеточными путями, основанными на энергетических субстратах, которые их обеспечивают. Одна система – аэробная, две другие – анаэробные.

Аэробную систему мы используем ежедневно для низкоуровневых функций, при низкой и средней частоте сердечных сокращений (от менее 50% до 70% максимальной ЧСС) в течение длительных промежутков времени. Также эта система преимущественно используется при соревнованиях на выносливость. Анаэробные системы зарезервированы для высоких физических усилий и работают при значительно больших значениях ЧСС. В зависимости от продолжительности обеспечения энергией, анаэробная система разделяется на две подсистемы (Wilmore, Costill & Kenney 1999).

ФУНКЦИИ АЭРОБНОЙ (ИЛИ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ) СИСТЕМЫ
Аэробная система (также известная как окислительная) потребляет энергию сложно. Она использует кислород для расщепления субстратов (жиров и углеводов), которые мы потребляем. В связи с высокой потребностью в кислороде для производства энергии, чтобы химические процессы протекали должным образом, усилия при работе должны оставаться на низком уровне.
Аэробная система может работать дольше, чем обе анаэробные системы, и оставаться относительно самоподдерживающейся на уровне мышечных клеток вследствие постоянного обеспечения кислородом и возможности «дозаправки» при продолжительных усилиях. Эти факторы объясняют причину, по которой аэробной системе уделяется наибольшее внимание спортсменами на выносливость и тренерами (Magness 2014).

АНАЭРОБНАЯ СИСТЕМА 1: СКОРОСТЬ И СИЛА
Две анаэробные системы подразделяются по признакам используемых субстратов, продолжительности действия и количества производимой энергии. Наиболее быстрая и мощная система для коротких интенсивных нагрузок называется системой АТФ-КрФ (ее мы будем называть системой скорости-и-силы). Она используется при спринтах и поднимании тяжестей, имеет срок действия 3 – 15 секунд до необходимости восстановления в мышечных клетках. Эта продолжительность слишком коротка, поэтому мир тренировок на выносливость зачастую игнорирует систему скорость-и-сила (Willmore, Costill & Kenney 1999; Seiler & Tonnessen 2009).

АНАЭРОБНАЯ СИСТЕМА 2: ГЛИКОЛИТИЧЕСКАЯ
Вторая анаэробная система называется гликолитической из-за использования в качестве субстрата глюкозы (углевод). Эта система может обеспечивать работу высокой интенсивности, а её продолжительность действия зависит преимущественно от накопления побочных продуктов упражнений, называемых метаболитами, они вызывают утомление.
Гликолитическая система может производить энергию от 30 до 120 секунд, но также работает совместно с аэробной системой, обеспечивая выполнение нагрузок более высокой интенсивности (выше 60 – 70% максимальной ЧСС). В зависимости от взглядов тренера или спортсмена, тренировка гликолитической системы может быть важным компонентом подготовки, особенно для улучшения темпа гонки (Willmore, Costill & Kenney 1999; Seiler & Tonnessen 2009).
Программы ВИИТ задействуют преимущественно последние две системы и включают спринты, силовые и интервальные тренировки. Пиковые усилия в течение 3 – 120 секунд кажутся недостаточно продолжительными для аналогичной или большей значимости этих систем, чем аэробной тренировки, но исследования подтвердили эффективность ВИИТ (Laursen 2010; Steele et al. 2012).

ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ПОЛЬЗУ ВИИТ ПРИ ТРЕНИРОВКЕ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ
Многочисленные исследования показали, что вышеупомянутые улучшения можно получить за небольшие промежутки времени применением ВИИТ. По мнению Gibala and McGee (2008), высокие требования ВИИТ нагружают окислительную и гликолитическую системы, вызывая существенное увеличение рекрутирования мышечных волокон. Во время ВИИТ рекрутируются волокна второго типа (быстросокращающиеся гликолитические) и первого типа (медленно сокращающиеся окислительные). Подобный кратковременный двойной стимул работы высокой интенсивности увеличивает массу митохондрий и повышает активность окислительных ферментов – эффект, который обычно связывают с НИТ. Это очень важно, потому что митохондрии в мышечных клетках необходимы для обеспечения превращения субстратов в энергию (Gibala & McGee 2008; Burgomaster et al. 2005). Усилия высокой интенсивности стимулируют организм рекрутировать, нагружать и тренировать больше двигательных единиц – сократительно-сигнальных структур в составе мышечных групп (Steele et al. 2012). Наличие большего количества высоко тренированных единиц является преимуществом, особенно с увеличением интенсивности, так как мышечные волокна и соответствующие двигательные единицы сменяются при низкой интенсивности путём чередования циклов работа/отдых. Спортсмены с большим числом потенциально активных двигательных единиц получают преимущество в чередовании для задержки утомления (Magness 2014).
В то время как ВИИТ стимулирует медленно- и быстросокращающиеся волокна, НИТ – практически исключительно рекрутирует медленно сокращающиеся. Но это вовсе не значит, что для выносливости или здоровья в целом нужно выполнять исключительно ВИИТ. На самом деле, у НИТ несколько различных преимуществ: низкая интенсивность помогает восстановиться, улучшает адаптацию периферических сосудов и может увеличить ударный объём (количество крови, которое выбрасывает сердце) лучше, чем ВИИТ (Seiler & Tonnessen 2009). Кроме того, НИТ на длинных дистанциях лучше подготавливает психологически к гонкам на длинные дистанции.
Все эти факторы указывают на необходимость сочетания ВИИТ и НИТ для создания эффективной программы, которая поможет вашим клиентам, особенно тренирующимся на выносливость.