2 Основы биологии 2 Строение мышцы


Энергетическое обеспечение мышечной деятельности



Скачать 385.36 Kb.
страница3/3
Дата14.08.2016
Размер385.36 Kb.
1   2   3

2.2.3. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности

2.2.3.1. Энергоносители

Для выполнения работы мышца должна быть обеспечена энергией. Мышечными энергоносителями являются, главным образом, фосфатные соединения, обладающие большими энергетическими запасами (аденозинтрифосфат, креатинфосфат), углеводы (глюкоза, гликоген) и жиры. Белки как энергоносители играют второстепенную роль, однако для увеличения объема, роста мышцы они имеют первостепенное значение. Лишь в редких случаях (голодание, предельные и продолжительные нагрузки) белки в виде аминокислот могут принимать участие в энергетическом обмене веществ.

В мышце накапливаются богатые энергией фосфаты соединения, гликоген и жиры. Гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке. В человеке на 1кг мышечной массы приходится от 3,5 до 7,5 ммол аденозинтрифосфата (АТФ) и 16-28 ммол креатин-фосфата (КФ). Это соответствует собственным энергетическим резервам организма в АТФ - около 5 кдж (1,2 ккал) и в КФ - приблизительно 15 кдж (3,6 ккал). Энергетические резервы, хранящиеся в организме в форме гликогена, составляют у нетренированного человека около 7 500 кдж (1 800 ккал, 450 г), у тренированного -до 13 000 кдж (31 ккал, 750 г). Из 'этого количества на гликоген печени приходится около 2 600 кдж (620 ккал, 150 г). Мышечный гликоген представляет собой энергетический резерв, быстро включающийся в знергообразование. И в энергетическом отношении он эффективней, так как его не надо транспортировать к работающей мышце сначала по кровеносному руслу, а затем, как через шлюз, пропускать через оболочку клетки.

Далее следует учитывать тот факт, что мышечное волокно относительно легко принимает подаваемую ей по кровеносному руслу глюкозу и накапливает ее в форме гликогена, но очень неохотно, лишь в небольших количествах, возвращает в кровоток гликоген для потребления его другими, интенсивно работающими мышцами. Кроме того, гликоген печени лишь частично может быть использован для мышечной деятельности, так как жизненно важные функции головного мозга также должны постоянно обеспечиваться питанием глюкозой, доставляемой по кровеносным сосудам. По этой причине разнообразные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению гликогена печени и тем самым снижению уровня сахара в крови, довольно постоянному в нормальных условиях (80-90 мг глюкозы на 100 мл крови).

Жировой запас, насчитывающий от 125 000 до более чем 400 000 кдж (от 30 000 до более чем 100 000 ккал), является практически неиссякаемым источником энергии при выполнении продолжительной спортивной работы небольшой интенсивности. Наибольшая доля згих запасов содержится в подкожной жировой клетчатке; мышечные жировые тела (капли триглицерида), быстрее включающиеся в работу, накапливают лишь около 8 000 кдж (1 900 ккал).

2.2.3.2. Анаэробное энергообразование

Непосредственным источником энергии для мышечных волокон всегда является аденозинтрифосфат (АТФ). Он расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При расщеплении выделяется энергия (38-42 кдж = 9-10 ккал/на мол. расщепленного фосфата).

АТФ->АДФ + Ф + Энергия

Лишь около трети этой высвобождающейся энергии превращается в механическую работу; большая часть выделяется в виде тепла. В связи с тем, что содержание аденозинтрифос-фата в мышце довольно ограничено (3,5-7,5 ммол/кг), уже через очень короткое время предельно интенсивной работы (1-3 с) его мышечные запасы иссякают. И если бы целая система различных, частично одновременно протекающих процессов, не контролировала бы и не восстанавливала аденозинтрифосфат, т. е. не снабжала бы мыппцы энергией, то работу пришлось бы прекратить. Восстановление (ресинтез) АТФ осуществляется при помощи относительно простого биохимического процесса. Возникающие в результате расщепления АТФ продукты АДФ и Ф соединяются снова.

АДФ + Ф + Энергия -> АТФ

Для этой биохимической реакции, которую иначе называют фосфорилированием, требуется энергия. Она получается за счет расщепления других энергоносителей. В какой форме и с помощью каких энергоносителей будет осуществлено восстановление аденозинтрифосфата, зависит от энергии, требуемой на единицу времени. При внезапной, осуществляемой из состояния покоя, очень интенсивной мышечной работе АТФ восстанавливается с помощью креатинфосфата

КФ + АДФ -> Креатин (К) + АТФ

Так как один моль креатинфосфата производит приблизительно один моль АТФ, то выход энергии в результате этого процесса соответствует, примерно, энергии, получаемой от расщепления АТФ.

Креатинфосфат содержится в мышце также в незначительных количествах (16-28 ммол/кг). Несмотря на то, что имеющимся количеством креатинфосфата можно образовать в три раза больше энергии, чем при помощи АТФ, эти запасы будут сильно истощены через 7-12 с предельно интенсивной работы и через 15-30 с интенсивной работы. Работу необходимо или прервать, или же продолжать с меньшей интенсивностью. Для продолжения работы с меньшей интенсивностью требуются другие энергоносители. Гликоген, содержащийся в мышце в таких условиях расщепляется без участия кислорода на молочную кислоту (лактат), обладающую меньшей энергоемкостью, чем АТФ.

Гликоген -> Лактат + АТФ

При этом один моль мышечного гликогена поставляет 3 моля АТФ. Наибольшей активности этот биохимический процесс достигает через несколько секунд интенсивной работы. Перед этим должна быть снижена до соответствующей величины концентрация более эффективных в энергетическом отношении фосфатов. Восстановление АТФ путем расщепления гликогена (при отсутствии кислорода) высвобождает за одну и ту же единицу времени лишь около трети энергии, которую можно было бы получить расщеплением фосфата. Поэтому интенсивность работы необходимо уменьшить. Эти процессы - причина того, что, например, бегун на 100-метровую дистанцию, пробежав около 80 м, часто теряет скорость: его запасы фосфатов, богатых энергий, сильно исчерпаны, и организм вынужден переключиться на получение энергии из менее эффективного гликогена.

При выполнении отдельных упражнений и коротких серий упражнений (3-30 с) в тренировке максимальной и скоростной силы энергия для мышечного сокращения также выделяется со „складов" АТФ и КФ. Для серий интенсивных упражнений продолжительностью 10-30 с энергия получается в большей степени за счёт использования гликогена. На рис. 10 изображены процессы выделения энергии при интенсивной спортивной работе в зависимости от длительности нагрузки.



Рис. 10 Преобразование энергии (кДж/мин) в скелетной мускулатуре человека во время спортивной работы в зависимости от длительности нагрузки (преобразовано по Ховальду)

Мышечная работа длительностью около 2 мин, при выполнении которой энергию получают изложенным выше способом, осуществляется преимущественно быстрыми FT-волокнами, накапливающими энергоемкие фосфатные соединения и гликоген в относительно больших количествах. Как уже отмечалось, при расщеплении гликогена образуется лактат. Кислые продукты обмена веществ (лактат, СО2 и т.д.), производимые очень быстро, в процессе интенсивной работы не могут компенсироваться, быстро разлагаться или выделяться ни при помощи имеющихся в крови буферных веществ, ни за счет дыхания (СО2. После нагрузок, приводящих к сильному утомлению, концентрация лактата в мышце поднимается до ЗОммол/л и в крови до 20 ммол/л. После выполнения работы „до отказа", т.е. работы, во время которой интенсивно участвует большое количество мышечной массы, затрудняется дыхание и сдерживается приток и отток крови в пределах до 25-28 ммол/л (например, после интенсивно проведенной борцовской схватки).

Большое количество лактата в значительной степени способствует переокислению организма, сковывающему мышечную деятельность. Увеличивающееся закисление организма затрудняет все в большей степени дальнейшее расщепление гликогена и, как следствие, препятствует ресинтезу АТФ. Однако, энергия АТФ нужна не только для сокращения, но и для расслабления мышцы (разрыв актино-миозиновых мостиков). При нехватке АТФ существенно ограничивается его так называемое „смягчающее" действие, которое к тому же имеет большое значение для растягиваемости мышцы. Мышца поэтому расслабляется с каждым разом медленнее и в конце концов ее сводит судорогой. Это происходит несмотря на то, что для нагрузок подобной интенсивности часто затрачивается лишь треть всех запасов мышечного гликогена. В практике иногда говорят о „скисании" спортсмена. Работу следует остановить, если своевременно не будет подключена другая форма получения энергии, которая в свою очередь заставит снизить интенсивность нагрузки на единицу времени. При использовании методов больших нагрузок для развития силовой выносливости (например, интенсивный интервальный метод, см. 9.2.3.) фазы интенсивной работы следует чередовать с короткими паузами отдыха. Во время этих интервалов отдыха кислые продукты обмена веществ могут 'частично удаляться из мышечных волокон, а влияние других факторов, ведущих к утомлению, может быть ослаблено. Благодаря этому помехи при расщеплении гликогена и восстановлении АТФ будут не столь значительными, и спортсмен через относительно небольшой промежуток времени может вновь приступить к работе. Однако слишком короткие паузы препятствуют восполнению запасов гликогена. Из-за этого с каждой дозой нагрузки их становится все меньше и меньше.

Интервальные нагрузки приводят к гораздо более сильному опустошению гликогеновых депо, чем однократные интенсивные нагрузки. Это следует иметь в виду не только в период силовой тренировки, но и при занятиях видами спорта со сменяющимися по интенсивности нагрузками (футбол, гандбол, борьба и т.д.). Изложенные биохимические процессы протекают практически без участия кислорода. Поэтому их называют анаэробными процессами. Расщепление богатых энергией фосфатов именуется анаэробным алактатным (проходящим без образования лактата) процессом, а разложение гликогена называется анаэробным лактатным (проходящим с образованием лактата) процессом.

2.2.3.3. Аэробное энергообразование

Гликоген может распадаться не только на молочную кислоту (лактат), имеется также возможность окислить гликоген при участии кислорода (О2). При этом наряду с энергией выделяются вода (Н2О) и углекислый газ (СО2).

Гликоген + О2 -> Н2О + СО2 + АТФ

Этот процесс сгорания углеводов при участии кислорода называется аэробным путем получения энергии. При этом один моль глюкозы (при разложении мышечного гликогена) поставляет 39 молей АТФ. Окисление гликогена с участием кислорода почти в 13 раз эффективнее, чем его расщепление без кислорода.

При интенсивных нагрузках продолжительностью около 5 мин 50% энергии производится посредством анаэробного и 50%-посредством аэробного обмена веществ. Если длительность интенсивной нагрузки менее 5 мин, то в этом случае большее значение приобретают анаэробные процессы; если нагрузка продолжается более 5 мин, то в преобразовании энергии неизбежно повышается доля аэробного обмена веществ. Относительно высокая доля анаэробных процессов приводит к высокому содержанию лактата в крови (15-25 ммоль/л). В этих условиях мышце начинает недоставать своих собственных энергетических ресурсов. Гликоген печени в виде глюкозы с кровью доставляется к мышце и способствует покрытию энергетического дефицита.

Наряду с FTO-волокнами в работе продолжительностью 2-10 мин, примеры которой здесь уже приводились, широко принимают участие также медленные ST-волокна (красные волокна). По сравнению с быстрыми РТ-волокнами в FTO и особенно в ST-волокнах содержится больше миоглобина. Миоглобин связывает, „выбирает" кислород, а затем предоставляет его в распоряжение митохондрий. Кроме того, в этих волокнах содержится больше крупных митохондрий, в которых протекают аэробные процессы обмена веществ. По этим, а также другим причинам ST-волокна и FTO-волокна наиболее пригодны для аэробного преобразования энергии и тем самым для выполнения работы, требующей выносливости. При усиленных нагрузках продолжительностью свыше 10 мин доминирует, без сомнения, аэробный обмен веществ, посредством которого получают 70-95 % требуемой энергии. Эта продолжительная работа с приложением силы менее 25% от максимальной реализуется в первую очередь ST-волокнами. Анаэробные процессы обмена веществ и FT-волокна включаются в движение при выполнении этой продолжительной работы прежде всего в начальной фазе, а также для преодоления чередующихся внешних сопротивлений (например, на промежуточных рывках или подъемах в горку в лыжных гонках и велоспорте). В связи с незначительной долей анаэробного пути получения энергии при долговременных нагрузках накопление лактата в мышце и крови остается незначительным (3-14 ммол/л в крови). С увеличением продолжительности нагрузок на передний план выходят жиры, являясь источником аэробного преобразования энергии. Их распад происходит в принципе так же, как и аэробное разложение гликогена в конечные продукты: воду и углекислый газ. Жиры могут накапливаться в мышечном волокне в виде маленьких капелек (капли триглицерида) или в виде жирных кислот могут транспортироваться по кровеносному руслу к работающей мышце из подкожной жировой клетчатки. Однако следует учитывать, что интенсивность нагрузки постоянно возрастает, в том числе и в тех спортивных дисциплинах, где требуется чрезвычайно высокая выносливость.



Энергетическое обеспечение зтой относительно интенсивной мышечной деятельности осуществляется большей частью, несмотря на участие жиров, за счет распада резервов гликогена (мышечный и печеночный гликоген). Так, например, доля жиров в производстве энергии у марафонца мирового класса составляет всего около 20%.
При усиленных нагрузках продолжительностью свыше 90 мин. собственных резервов (гликоген) организма для продолжения работы часто не хватает. Поэтому эти резервы должны пополняться дополнительными питательными веществами (напитки с богатым содержанием глюкозы и минеральных веществ).


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница