ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В основе главнейших особенностей и принципиальных отличий живого от неживого лежит обмен веществ живых организмов с окружающей средой или метаболизм.

Обмен веществ - это постоянно протекающий, самосовершающийся и саморегулирующийся процесс химического обновления живых организмов. При этом обеспечивается постоянство состава и внутренних параметров организма, его жизнедеятельность, развитие и рост, размножение, способность к движению, адаптация к изменяющимся условиям внешней среды. В результате сложнейших обменных процессов происходит усвоение веществ окружающей среды и их биологическое превращение - ассимиляция (строение), а также необходимый распад веществ организма до конечных продуктов и выведение их из организма -диссимиляция (распад).

Все процессы жизнедеятельности человека связаны с затратами энергии. Источником энергии при этом служит потенциальная химическая энергия пищевых веществ. В процессе обмена веществ она освобождается и преобразуется в другие виды энергии.

Единственным прямые источником энергии для всех биологических функций и для мышечного сокращения в том числе служит адено-зинтрифосфат (АТФ). Для того, чтобы мышечные волокна могли поддерживать сколько-нибудь длительное сокращение, необходимо постоянное восстановление (ресинтез) АТФ с такой же скоростью, с какой он расщепляется. В качестве источников энергии при этом используются углеводы, жиры и белки. При полном или частичном расщеплении этих веществ освобождается часть энергии, аккумулированная в их химичес-

ких связях. Эта освободившаяся энергия и обеспечивает ресинтез АТФ.

Образование энергии для обеспечения мышечной работы может осуществляться анаэробным (бескислородным) и аэробным (окислительным, т.е. с участием кислорода) путем. В зависимости от биохимических особенностей и протекающих при этом процессах ресинтез АТФ может осуществляться тремя основными механизмами: алактатным (кре-атинофосфатный), гликолитическим (анаэробный) и окислительным (аэробным).

Данные метаболические источники энергии характеризуются показателями мощности, емкости и эффективности. Показателем мощности оценивают то максимальное количество энергии в единицу времени, которое может быть обеспечено каждым из метаболических процессов. Показателем емкости оценивают общие запасы энергетических веществ в организме или общее количество выполненной работы за счет данного источника. Критерии эффективности показывают, какое количество внешней механической работы может быть выполнено на каждую единицу выделяемой энергии.

Преимущественная роль каждого из механизмов в ресинтезе АТФ зависит от силы и продолжительности мышечных сокращений, а также от условий работы мышц, в том числе от уровня их снабжения кислородом. Рассмотрим вкратце основные механизмы энергообеспечения мышечной работы.

Алактатный (креатинофосфатный) механизм обеспечивает мгновенный ресинтез АТФ за счет энергии высокоэнергетического фосфатного соединения - креатинофосфата (КрФ), уровень концентрации которого в мышцах быстро снижается и практически через 20 секунд доходит до физиологического предела. Достижение максимума производительности происходит к 5-6 секунде работы, а уровень 80-90% от максимального достигается уже на 1 -2 секунде при работе максимальной мощности. По сравнению с другими механизмами КрФ источник обладает наибольшей мощностью, которая примерно в 3 раза превышает максимальную мощность гликолитического и в 4-10 раз окислительного механизмов ресинтеза АТФ. Поэтому КрФ механизм играет решающую роль в энергообеспечении работ предельной мощности (кратковременные мышечные усилия взрывного характера: рывки, прыжки, серии ударов и защит, т.е. в скоростно-силовых упражнениях максимальной мощности). Емкость КрФ механизма невелика, и работа с предельной мощностью, обеспечиваемая этим механизмом, может продолжаться недолго, в

60течение 6-10 с, при ЧСС 190-220 уд/мин. Упражнения алактатного механизма направлены преимущественно на развитие абсолютной силы мышц.

Гликолитический (анаэробный) механизм при нагрузке, длительностью до 1 мин и при ЧСС 170-190 уд/мин, обеспечивает ресинтез АТФ и КрФ за счет анаэробного расщепления углеводов: гликогена и глюкозы с образованием молочной кислоты (лактата), то есть за счет преимущественного использования внутримышечных энергетических резервов. Емкость гликолитического источника Зависит от концентрации лактата в крови. В связи с этим при выполнении мышечной работы за счет использования гликолитического механизма никогда не происходит резкого истощения гликогена в работающих мышцах и тем более в печени. Максимальная мощность гликолитического механизма достигается к 30-35 секунде от начала работы в этом режиме и не может продолжаться более 4 минут, и в 1,5 раза выше, чем окислительного, а энергетическая емкость в 2,5 раза больше, чем креатинофосфатного. Существенное значение для проявления гликолитическо-анаэробной способности имеет уровень тканевой адаптации к происходящим при этом резким ацидоти-ческим изменениям (сдвигу кислотно-щелочного равновесия внутренней среды организма в кислую сторону из-за повышающейся концентрации молочной кислоты). Здесь особо выделяется фактор психической устойчивости, который позволяет при напряженной мышечной деятельности преодолевать возникающие при утомлении болезненные ощущения и продолжать выполнять работу, несмотря на усиливающееся стремление прекратить ее. Гликолитическо-анаэробные упражнения направлены в основном на повышение уровня скоростной выносливости.

Аэробный (окислительный) механизм обеспечивает при ЧСС 140-160 уд/мин ресинтез АТФ в условиях непрерывного поступления кислорода в мышечные волокна. Использует в качестве субстратов окисления углеводы (гликоген и глюкозу), жиры или липиды (жирные кислоты) и частично белки (аминокислоты). Окислительный механизм обладает наибольшей энергетической емкостью. Однако мощность энергообеспечения примерно в 3 раза ниже мощности алактатно-анаэробной системы и в 2 раза - мощности анаэробно-гликолитической. Аэробные способности позволяют длительное время выполнять работу вплоть до того уровня интенсивности, пока имеется возможность полного удовлетворения кислородного запроса организма в процессе самой работы. Это устойчивое *стационарное* состояние может поддерживаться достаточно долго. Однако достижение уровня максимальной мощности при аэробном энергообеспечении происходит лишь через 1-2 минуты от начала работы, а скорость ресинтеза АТФ, даже при достижении максимальной аэробной мощности недостаточна для обеспечения интенсивной мышечной работы. Мощность работы, при которой достигается максимальное потребление кислорода, называется критической. Усиление интенсивности физической нагрузки требует более быстрого поступления кислорода и глюкозы в мышцы. Поэтому скорость кровотока может увеличиться в 20 раз по сравнению с уровнем покоя за счет местного расширения кровеносных сосудов, а минутный объем дыхания и чистота сердечных сокращений - в 2-3 раза. Упражнения аэробной направленности развивают в основном общую и специальную выносливость.

Интенсивная мышечная деятельность в анаэробном режиме приводит к исчерпанию внутримышечных энергетических ресурсов, и организм работает при этом в долг. Восстановление израсходованных энергетических субстратов может происходить уже в ходе самой работы при кратковременном снижении ее интенсивности или по окончании упражнения. Потребление кислорода при этом приблизительно соответствует тому количеству энергии, которое было преобразовано анаэробным путем в начале или во время мышечной деятельности и не компенсировалось за счет аэробных источников энергии.

Возникающий таким образом "кислородный долг" может достигать 4 литров за счет анаэробного гидролиза креатинфосфата и до 20 литров - за счет образования энергии путем гликолиза. Полностью компенсация кислородной задолженности после интенсивных упражнений скорост-но-силового характера осуществляется в период отдыха. Креатинфос-фатная (алактатная) фракция восстанавливается в течение 1-3 минут, а гликолитическая (лактатная), связанная с окислением образовавшейся в мышцах молочной кислоты, может затягиваться до 30 и более минут после предельной работы.

Рабочий эффект какого-либо действия - это результат рационального взаимодействия механической энергии движения и энергии, высвобождающейся в метаболических процессах. И поскольку условия практической деятельности как по величине развиваемых усилий, так и по продолжительности мышечной работы чрезвычайно разнообразны, то столь же различны и специфичны способы ее энергообеспечения.

Поиск по сайту: