Механизмы энергообеспечения организма человека при мышечной работе

Любая мышечная деятельность сопряжена с использованием энергии, непосредственным источником которой является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). АТФ называют универсальным источником энергии. Все остальные энергопроцессы направлены на воспроизводство и поддержание её уровня.

АТФ во время мышечной работы восстанавливается с такой же скоростью, как и расщепляется. Восстановление АТФ может осуществляться двумя путями – анаэробным (в ходе реакции без кислорода) и аэробным (с различным уровнем потребления кислорода) с участием специального энергетического вещества креатинфосфата. Готового для ресинтеза АТФ креатинфосфата хватает только на 10-15 секунд мощной работы. В таких условиях ресинтез АТФ идёт при остром дефиците кислорода (например, вот почему невозможно в спринтерском темпе пробежать 800 м). Мышечная работа очень высокой интенсивности осуществляется в анаэробном режиме, когда ресинтез АТФ совершается при остром дефиците кислорода. В этом случае организм добывает для работы АТФ, используя процесс гликолиза – превращения углеводородов, в результате которого вновь происходит ресинтез АТФ, и образуются конечные кислые продукты – молочная (лактат) и пировиноградная кислоты.

Гликолиз обеспечивает работоспособность организма в течение 2-4 минут, т.е. креатинфофатный механизм и гликолиз дают энергии совсем немного.

При высокой функциональной напряжённости в мышцах уменьшается содержание энергонасыщенных углеводов (гликогена и фосфорных – креатинфосфата), в крови снижается уровень глюкозы, в печени – гликогена. Если нагрузка продолжительная, то источник энергии восполняется за счёт повышения интенсивности освобождения жирных кислот из жировой ткани и их окисления в мышцах.

Аэробный механизм (когда запросы организма в кислороде полностью удовлетворяются) окисления питательных веществ с образованием креатинфосфата и ресинтеза АТФ является наиболее эффективным и может обеспечивать работоспособность человека в течение нескольких часов. В этих условиях организм добывает энергии АТФ во много раз больше, чем при гликолизе.

Следует отметить, что в клетках все превращения углеводов, жиров, органических кислот и, в последнюю очередь, белков на пути к ресинтезу АТФ проходят в митохондриях. В обычных условиях работает часть митохондрий, но по мере увеличения потребности мышц в энергии в процессе ресинтеза макроэнергетических соединений включается всё больше «подстанций».

Способность человека к ресинтезу АТФ, мощность и ёмкость каждого уровня индивидуальны, но диапазон всех уровней может быть расширен за счёт тренировки. Если запросы возрастают, в клетках увеличивается количество митохондрий, а при ещё большей потребности – убыстряется темп их обновления. Такой процесс повышает возможность использования кислорода в окислительных процессах и окисления жиров в большом количестве.

Важную роль в поддержании уровня кислорода в мышечных волокнах (особенно в красных – медленных) играет белок миоглобин, который содержит железо и по строению и функциям близок к гемоглобину.
Пример:

У тюленей массой 70 кг с миоглобином связано 2530 мл кислорода, что позволяет ему находиться под водой до 14 минут. У человека с той же массой с миоглобином связано 335 мл кислорода.

При выполнении физической нагрузки организму необходимо обеспечить работающие мышцы достаточным количеством кислорода для поддержания высокого уровня окислительных процессов, поставляющих энергию. Другими словами, нужно перестроить работу кардиореспираторной системы на режим увеличения вентиляции лёгких и возрастания объёмной скорости кровотока, прежде всего, в работающих органах (скелетных мышцах, сердце и др.) для оптимального удовлетворения их энергетических потребностей. Так, у тренированных лиц приспособление сердца к нагрузке происходит в большей степени за счёт повышения ударного объёма и в меньшей – за счёт увеличения частоты сердечных сокращений (ЧСС).
3.2. Энергообеспечение сердца при мышечной работе

Для нормально функционирующего сердца необходимы непрерывный приток кислорода и питательных веществ, а также выведение продуктов распада. Энергообеспечение клеток сердца осуществляется за счёт аэробного окисления различных веществ, поступающих из крови. В отличие от скелетных мышц сердце является «всеядным» органом и использует для выработки энергии многие продукты обмена веществ: глюкозу, свободные жирные кислоты, аминокислоты, перуват, молочную кислоту (лактат), кетоновые тела.

Во время физической работы обменные процессы в миокарде увеличиваются в 4-5 раз, а у спортсменов высокого класса – семикратно.

Пример:

В условиях покоя для энергообразования сердцу требуется: глюкозы – 31%, лактата – 28%, свободных жирных кислот – 34%, кетоновых тел и аминокислот – 7%. При физической нагрузке потребление сердцем лактата возрастает до 60%, а потребление глюкозы снижается до 15%, что обеспечивает стабильность работы сердечной мышцы даже в условиях гипоксии и гипогликемии.
Активно гнать кровь по сосудам сердцу помогают усиленно функционирующие скелетные мышцы. Установлено, что мышцы, которые слабо или редко сокращаются, становятся только потребителями крови («иждивенцами»), а сердце, не получая от них должной помощи, излишне напрягается и преждевременно изнашивается.

Для движения крови по артериальным сосудам достаточно давления в 120 мм.рт.ст., под каким она выталкивается из левого желудочка в аорту. Но по мере прохождения крови по многочисленным артериальным путям её давление постепенно падает и в капиллярах снижается до 10-15 мм.рт.ст., а для того, чтобы поднять кровь по венам, например, нижних конечностей обратно к сердцу, необходимо давление в 60-100 мм.рт.ст. (в зависимости от роста человека). В организме человека насчитывается более 600 периферических «сердец». Мышцы помогают сердцу и обеспечивают движение крови по венозному руслу, без чего невозможна её циркуляция по замкнутой системе кровообращения. Скелетные мышцы действуют подобно нагнетающе-присасывающему насосу. Таким образом, губительное влияние гипокинезии (недостатка движения) на сердечно-сосудистую систему кроется в том, что двигательный покой снижает насосную деятельность скелетных мышц. Лишь в условиях двигательной активности совершенствуются и эффективно работают периферические «сердца» – скелетные мышцы.

Одним из важнейших внесердечных механизмов кровообращения является диафрагма – мышца, отделяющая грудную полость от брюшной. При вдохе диафрагма опускается, объём грудной полости увеличивается и давление в ней падает, а в брюшной полости повышается. В результате кровь из вен брюшной полости поступает в вены грудной полости. А во время выдоха диафрагма поднимается, и тогда увеличивается объём брюшной полости, давление в ней падает, и кровь из вен нижних конечностей поднимается в вены брюшной полости, чтобы при вдохе устремиться в венозные сосуды грудной полости и достичь правого предсердия.

Показателями производительности сердца являются частота сердечных сокращений (ЧСС) и их сила. Они отражают не только интенсивность работы сердечно-сосудистой системы (ССС), но и напряжение всех систем организма, в том числе и интенсивность энергообмена. Так, зная ЧСС и время, затраченное на выполнение упражнений, можно подсчитать энергозатраты (таблица 1).

Таблица 1

Расход энергии и потребление кислорода в зависимости от ЧСС

(по Орешкину, 1990)

ЧСС, мин	Расход энергии, ккал	Потребление кислорода, мл/кг/мин	ЧСС, мин	Расход энергии, ккал	Потребление кислорода, мл/кг/мин
за 1 мин	за 20 мин	за 1 мин	за 20 мин
70	1,2	24	3,5	130	8,8	176	24,5
75	1,7	34	4,2	135	9,4	188	26,2
80	2,0	40	6,0	140	10,0	200	28,0
85	2,4	48	7,2	145	10,7	214	28,8
90	2,8	56	8,3	150	11,3	226	31,5
95	3,2	64	9,5	155	11,9	238	33,3
100	3,5	70	10,5	160	12,5	250	35,0
105	4,5	90	13,3	165	13,1	262	36,8
110	5,5	110	16,3	170	13,8	275	38,5
115	6,5	130	18,5	175	14,4	288	40,3
120	7,5	150	21,0	180	15,0	300	42,0
125	8,2	164	22,8	более 180	более 15	более 300

В зависимости от уровня тренированности организма выделяют следующие зоны интенсивности нагрузки:

- увеличение ЧСС на 20% – тонизирующая;

- увеличение ЧСС на 40% – поддерживающая;

- увеличение ЧСС на 60% – развивающая;

- увеличение ЧСС на 80% – тренирующая;

- увеличение ЧСС на 100% – ударная.

Дата добавления: 2014-01-07