Каковы же физиологические механизмы выносливости? Деятельность мышц, как любой процесс, происходящий в организме, требует энергии. Энергия нужна даже на работу мельчайших мышц глаза, дыхательных мышц и мышц сосудов или внутренних органов. Живой организм расходует энергию даже в состоянии глубокого наркоза или комы.
Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается в результате распада химических веществ. Мышечная клетка устроена так, что может использовать для своего сокращения энергию распада только одного-единственного химического вещества – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Энергия распада других веществ для сокращения мышцы не подходит. Соответственно, во время мышечного сокращения происходит распад АТФ в работающей мышечной клетке. Если бы не было механизмов восстановления этого вещества, то мышца, сократившись один-два раза, навсегда потеряла бы эту способность. Но природа предусмотрела возможность восстанавливать АТФ. Для ее восстановления подходит энергия распада практически любого вещества. Обычно это углеводы, реже – жиры, еще реже – белки или другие вещества. Запасы этих веществ поступают в организм вместе с пищей. Под действием фермента АТФаза АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.
АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + энергия
Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения. Мышца имеет три источника воспроизводства энергии: 1) расщепление креатинфосфата; 2) гликолиз; 3) окисление органических веществ в митохондриях. В соответствии с эти рассматривают три процесса образования энергии.
1. Креатинфосфатный, или алактатный анаэробный процесс образования энергии. Крефтинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.
АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин
Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – гликолиза и кислородного окисления. По окончании работы мышцы реакция идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.
Участие данного процесса в энергетическом обеспечение мышечной работы в наибольшей мере проявляется при выполнении упражнений максимальной мощности в течение 6-10 секунд (Н. И. Волков, 1967, 1987; Я. М. Коц, 1982).
2. Гликолитический анаэробный процесс образования энергии.
Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии, достаточной для "зарядки" двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.
Гликолиз протекает без потребления кислорода и способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.
Максимальная мощность этого процесса достигается в упражнениях, длящихся от 20 до 90 секунд (Н. И. Волков, 1975, 1987). За счет гликолитического анаэробного процесса образования энергии может обеспечиваться интенсивная мышечная работа от 20 секунд до 4-5 минут, а также начало любой деятельности (Я. М. Коц, 1982).
3. Образование энергии путем аэробного расщепления пищевых веществ.
Аэробный ресинтез АТФ происходит при окислении жиров и углеводов. Окисление протекает в митохондриях скелетных мышц под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Такие процессы называются аэробными. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз (см. выше), но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 36 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:
C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H2О + 38АТФ
Итого распад глюкозы по аэробному пути дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. То есть окисление в 19 раз эффективнее гликолиза.
Наибольшая мощность процесса образования энергии достигается в упражнениях, длящихся более 3 минут (Н. И. Волков, 1975).
Таким образом, распад веществ в мышечной клетке может происходить двумя основными путями: при участии кислорода (аэробно) и без участия кислорода (анаэробно). У каждого способа есть свои преимущества и недостатки .
Преимущество распада веществ с участием кислорода (аэробного) в том, что такой распад не сопровождается накоплением в организме промежуточных недоокисленных продуктов обмена. Вещества расщепляются до конечных продуктов – углекислого газа и воды. Полный распад дает, соответственно, много энергии, поэтому является более экономичным, чем неполный ?6?
