Биоэнергетика мышечной деятельности

 

Так устроен наш мир, что для совершения любой деятельности необходимо затратить энергию, будь-то смена погоды или времени суток. Тоже самое касается и наших мышц, причём энергия тратится и на сокращение, и на расслабление. Для сокращения необходима энергия для взаимодействия актиновых и миозиновых нитей, а во время расслабления энергия тратится на закачку ионов кальция обратно в саркоплазматический ретикулум. В общем механизмы сокращения и расслабления это долгая история, и тема для другой статьи.

Универсальным источником энергии для мышц и всего организма является соединение А.Т.Ф. (аденозинтрифосфат). АТФ по химическому строению является нуклеозидом,макроэргом(несёт в себе потенциальную энергию), состоит из трех соединений: аденин(азотистое основание), рибоза(углевод), фосфорная кислота. В качестве источников АТФ организм использует жиры,белки,углеводы. Т.е. то, что мы употребляем в пищу. Если сказать проще, то организм при помощи разных метаболических путей преобразует б/ж/у в энергию. На рисунке ниже нарисовано химическое строение и показаны каждый из элементов.

Мышцы не умеют накапливать АТФ, содержание этого вещества в мышечной клетке очень невелико и вряд ли хватит даже на секунду мышечного сокращения. Отсюда вытекает весьма логичный вывод: В мышечных клетках постоянно протекают два процесса: 1) Потребление АТФ; 2)Ресинтез АТФ. 

В зависимости от источников энергии(Б/Ж/У/креатинфосфат) и уровне выполняемой нагрузке существует три основных способа ресинтеза АТФ: 1)аэробный; 2)гликолитический; 3)креатинфосфатный. В рамках этой статьи я хочу вам рассказать про аэробный способ ресинтеза АТФ.

ААэробный путь ресинтеза АТФ

Ещё этот путь называется тканевое дыхание, аэробное дыхание,окислительное фосфорилирование - это самый базовый для организма способ получения энергии, он протекает каждый день на протяжении всей жизни, с разной интенсивностью, в зависимости от нагрузки. Все бытовые дела, которые мы выполняем на протяжении дня, обеспечиваются именно этим путём ресинтеза АТФ.

Сейчас буду объяснять максимально просто и доступно, жертвуя так сказать научностью. Представим, в мышечных клетках организма расположены энергостанции(митохондрии), если мы им дадим топливо, взамен получим энергию, которую можно будет использовать для сокращения мышечных клеток, что позволит нам перемещаться в пространстве. Это топливо называется Ацетил-КоА(по химическому составу это уксусная кислота соединённая со своим переносчиком - коферментом А). С пищей в чистом виде это соединение не попадает в организм, поэтому нам нужно его получать из белков, жиров и углеводов. 

Получается следующее: если это топливо организм получает из углеводов, протекают несколько реакций(называется гликолиз) в результате которых мы получаем ацетил-КоА, далее митохондрии окисляют(называется цикл Кребса) ацетил-КоА до углекислого газа и воды с выделением энергии, которую мы и используем для сокращения мышц.

Если же это топливо мы получаем из жиров, то тоже путём нескольких реакций(B-окисление) мы получаем ацетил-КоА и обмениваем(так же в цикле Кребса) его на энергию с выделением воды и углекислого газа.

Если же используются в качестве источника энергия белки, то всё то же самое, несколько реакций(дезаминирования аминокислот) -> ацетил-КоА -> энергия + вода + углекислый газ. 

Важно отметить, что в аэробном пути ресинтеза энергии все реакции протекают с обязательным участием кислорода, отсюда и название аэробный. Упрощенная схема выглядит так(ЦТК - цикл трикарбоновых кислот,это другое название цикла Кребса):

Для численного сравнения/обозначения(например для сравнения двух спортсменов, или для сравнения с другим путём ресинтеза) аэробного пути в практике спорта используются следующие критерии:

1. Максимальная мощность - максимальное количество энергии, которое может образоваться за единицу времени данным способ. Составляет 350-450 кал/мин*кг. Это на самом деле мало, если сравнивать с аэробными источниками ресинтеза, но экономично (об этом чуть дальше). По причине низкой максимальной мощности аэробным путём ресинтеза можно обеспечивать работу умеренной мощности(марафоны, ходьба, вообще ту деятельностью, которую мы можем выполнять долго, но не быстро или сильно).
2. Время развертки - то количество времени, которое требуется для выхода на максимальную мощность. В данном случае составляет 3-4 минуты(у спортсменов может быть около 1 мин). Как видно это время достаточно большое, и на это есть ряд причин. Т.к. аэробный путь использует кислород для ресинтеза АТФ, этот кислород нужно доставить до нуждающихся клеток, а на скорость доставки влияют множество факторов: способность сердечно сосудистой системы, дыхательность системы, количество гемоглобина, митохондрий, эффективность митохондрий и т.д. 
3. Время работы с максимальной мощностью - с этим я думаю всё понятно, как долго можно работать в аэробном режиме. И тут этому пути нет равных, т.к. теоретически это может длиться бесконечно. И этому есть объяснение: аэробный режим может преобразовывать в энергию всё что угодно, как я говорил жиры, белки, углеводы, кетоновые тела, причем как и поступившие с пищей, так и свои собственные. Тут всё будет ограничиваться способностями организма, как долго выдержит сердце, скелет, связки, легкие, нервная система и т.д. 

Предлагаю закончить эту статью недостатками и преимуществами аэробного пути ресинтеза АТФ:

Недостатки:

• Т.к. используется кислород во всех реакциях протекающих во время аэробного пути, эффективность ограничена возможностями кардио-респираторной системы. Т.е. и максимальная мощностью и время развертки и длительность ограничены этим фактором. Хочется добавить, что эффективность жиросжигания зависит от всего выше перечисленного.
• Ещё один недостаток это скорость развёртки до максимальной мощности, было бы неплохо если бы при скоростно-силовой работе(бег 100 метров, жим штанги, и т.д.) осуществлялось за счёт аэробного пути. Всё было бы на много проще: пробежал на максимальной скорости 100-300 метров - сжёг жир, присел со штангой 12 раз - сжёг жир. И так за тренировку можно было бы скинуть ощутимое количество жира, но увы.

Преимущества:

• Экономичность. Очень выгодно получать энергию аэробным способом, за 1 молекулы глюкозы например мы получаем 39 молекул АТФ и без побочек, а за анаэробный способ мы получаем за 1 глюкозу 3 молекулы АТФ и в добавок образуется лактат(кислота), которая закисляет и разрушает клетку, не говоря уже о том, что новичок может легко словить ацидоз(Рн крови смещается в кислую стороны, из-за активного выведения лактата из клеток). 
• Универсальность. Как я уже сказал - аэробный способ использует всё для энергии, вплоть до собственных запасов. Анаэробные режимы работы могут использовать только глюкозу и креатинфосфат. Мы не можешь бежать километры на максимальной скорости по двум причинам: накапливается лактат и отсутствует глюкоза.

На этом я заканчиваю статью, может быть напишу ещё про другие два режима энергообеспечения. Что я хочу донести этой статьёй? Всегда помните о том, что жир горит при участии кислорода, а это значит следующее:

• Аэробный путь ресинтеза АТФ.
• Умеренная работа.
• Не возникает кислородный долг(отдышки нет)
• При условии отсутствии глюкозы, час бег на пульсе 50-60 % от максимума сожгёт больше жира, чем часовая тренировка в зале.