Характеристика энергетического обеспечения - Подготовка спортсмена к марафонскому бегу

Любая физическая работа сопровождается изменением скорости метаболических процессов в организме, появлением биохимических сдвигов в работающих мышцах, во внутренних органах и в крови.

В основе всех биохимических изменений, возникающих при работе, лежит изменение направленности метаболизма. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Такое изменение направленности метаболизма приводит к улучшению энергообеспечения работающих мышц, к повышению мощности и продолжительности работы.

А) баланс и пути ресинтеза АТФ

Непосредственным источником энергии для мышечной деятельности служит реакция расщепления АТФ:

АТФ+Н2О>АДФ+Н3РО4+Q ;

Содержание АТФ в мышце относительно постоянно. Концентрация АТФ составляет около 5 мМ на 1 кг сырого веса мышц (около 0,25 %). Запасов АТФ в мышце обычно хватает на 3-4 одиночных сокращения максимальной силы. В то же время, как показывают исследования с использованием микробиопсии мышц, в процессе мышечной работы не наблюдается значительного снижения концентрации АТФ. Это объясняется тем, что по ходу мышечной деятельности АТФ восстанавливается из продуктов распада (ресинтезируется) с той же скоростью, с какой она расщепляется в процессе мышечных сокращений. Для обращения реакции гидролиза АТФ конечные продукты распада - АДФ и Н3РО4 - должны получить из реакционной среды энергию, равную той, что выделилась при распаде АТФ.

Ресинтез АТФ при мышечной деятельности может осуществляться как в ходе реакций, идущих без кислорода, так и за счет окислительных превращений в клетках, связанных с потреблением кислорода. В обычных условиях Ресинтез АТФ происходит в основном путем аэробных превращений, но при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в тканях одновременно усиливаются и анаэробные процессы ресинтеза АТФ. Аэробный механизм ресинтеза АТФ отличается наибольшей производительностью: в обычных условиях на его долю приходится около 90 % от общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме. Ферментные системы аэробного обмена расположены в основном в митохондриях клеток. Они подразделяются на субстратные циклы окисления, где в ходе превращений различных метаболитов от них отщепляется под действием дегидрогеназ водород, который акцептируется НАД или ФАД, и интермедиаторный цикл окисления, где водород, акцептированный НАД и ФАД в реакцияхдегидрогенирования, через систему дыхательных ферментов передается на кислород с образованием воды (терминальное окисление).

Общий выход энергии при аэробном процессе более чем в 10 раз превышает изменение свободной энергии при гликолитическом распаде углеводов в анаэробных условиях. Эффективность преобразования энергии в аэробных условиях составляет 55-60 %. Данные о количестве энергии, освобождаемой в работающих мышцах при аэробных превращениях гликогена, приведены в табл. 1.

Показатели

В расчете на 1 кг мышечной массы

В расчете на общий вес тела (30 кг мышечной массы)

Кол-во гликогена в мышцах, г

13-15

400-450

Общее кол-во ресинтезируемой АТФ, моль

2,8-3,2

87-98

Кол-во высвобождаемой энергии, кДж

117-134

8640-4100

В качестве субстратов аэробных превращений в работающих мышцах могут быть использованы не только внутримышечные запасы гликогена, но и внемышечные резервы углеводов, жиров, а в отдельных случаях и белков. Поэтому суммарная емкость аэробного процесса очень велика и трудно поддается точной оценке. В отличие от гликолиза, конечные продукты аэробных превращений - СО2 и Н2О - не вызывают каких-либо значительных изменений внутренней среды и легко удаляются из организма.

Образование 1 моля АТФ в процессе окислительного фосфорилирования эквивалентно потреблению 3,45 л О2. Столько же кислорода в покое потребляется в течение 10-15 мин, а при напряженной мышечной деятельности ( марафонский бег) за 1 мин. Однако в самих работающих мышцах запасы кислорода невелики. Небольшое его количество находится в растворенном состоянии с миоглобином мышц. Основное же количество кислорода, потребляемого в мышцах для ресинтеза АТФ, доставляется в ткани через систему легочного дыхания и кровообращения.

Б) использование при работе энергетических веществ

Увеличению скорости реакций, обеспечивающих энергией работающие мышцы, способствует усиленная мобилизация энергетических ресурсов организма. При длительных упражнениях запас гликогена мышц может оказаться недостаточным, и тогда начинают использоваться внемышечные источники энергии, в первую очередь гликоген печени. Для этого он должен быть расщеплен до глюкозы, которая переносится кровью к работающим мышцам. Расщепление гликогена печени стимулируется адреналином и глюкагоном.

Углеводные запасы организма обычно не могут расходоваться полностью. Поэтому с увеличением длительности работы все большую роль играют продукты распада жиров - жирные кислоты и кетоновые тела. Пока уровень глюкозы и молочной кислоты достаточно высок, мобилизация жиров из жировых депо затруднена; понижение концентрации этих метаболитов в крови облегчает распад жиров. Усиливается также захват из крови и окисление жиров печенью, в результате чего из нее в кровь начинает выделяться значительное количество кетоновых тел. Мышцы потребляют из крови и окисляют значительное количество кетоновых тел и свободных жирных кислот. Наряду с увеличением использования в энергетическом обмене жиров при длительной работе может происходить новообразование углеводов из веществ неуглеводной природы. На этот процесс влияет гормон надпочечников кортизол. Основной субстрат для глюконеогенеза - аминокислоты. В небольшом объеме может происходить образование углеводов и из жирных кислот. Этот процесс протекает в основном в печени.

В) изменение содержания метаболитов углеводного, липидного и белкового обмена в мышцах, крови и моче

При выполнении физической работы умеренной мощности (марафонский бег) происходят глубокие изменения, обусловленные прежде всего интенсификацией процессов ресинтеза АТФ. Использование КрФ в качестве источника энергии приводит к снижению его концентрации в мышечных клетках и накоплению в них Кр. Концентрация гликогена в мышцах снижается. Конечные продукты такого распада - углекислый газ и вода - удаляются из мышечных клеток в кровь. Поэтому после выполнения работы умеренной мощности в мышцах обнаруживается уменьшение содержания гликогена без накопления лактата. Также уменьшается активность ферментов тканевого дыхания, локализованных во внутренней мембране митохондрий.

В крови происходят следующие изменения:

    1. Снижение концентрации белков плазмы. Часть белков из кровяного русла переходит в мочу, а другая используется в качестве источников энергии. 2. Снижение концентрации глюкозы (гипогликемия), что обусловлено истощением запасов гликогена и в печени, и в мышцах. 3. Уровень мочевины может возрасти в 4-5 раз, т. к усиливается катаболизм белков. 4. Повышение концентрации свободных жирных кислот и кетоновых тел.

Изменения в химическом составе мочи:

    1. Выделение с мочой белка (протеинурия) 2. Значительное содержание глюкозы (глюкозурия) 3. Выделение в больших количествах кетоновых тел - ацетоуксусная и в-оксимасляная кислоты (кетонурия или ацетонурия). Увеличивается плотность мочи 1,03-1,035 г/мл.

Похожие статьи




Характеристика энергетического обеспечения - Подготовка спортсмена к марафонскому бегу

Предыдущая | Следующая