За счет чего человек двигается? Что такое энергетический обмен? Откуда берется энергия для организма? На сколько ее хватит? При какой физической нагрузке, какая энергия расходуется? Вопросов как видите много. Но больше всего их появляется, когда начинаешь эту тему изучать. Попробую облегчить самым любопытным жизнь и сэкономить время. Поехали…

Энергетический обмен – совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

Для обеспечения движения (актиновых и миозиновых нитей в мышце) мышце требуется АденозинТриФосфат (АТФ). При разрыве химических связей между фосфатами выделяется энергия, которая используется клеткой. При этом АТФ переходит в состояние с меньшей энергией в АденозинДиФосфат (АДФ) и неорганического Фосфора (Ф)

Если мышца производит работу, то АТФ постоянно расщепляется на АДФ и неорганический фосфор выделяя при этом Энергию (порядка 40-60 кДж/моль). Для продолжительной работы необходимо восстановление АТФ с такой скоростью, с какой это вещество используется клеткой.

Источники энергии, используемые при кратковременной, непродолжительной и продолжительной работе различные. Образование энергии может осуществляться как анаэробным (безкислородным), так и аэробным (окислительным) способом. Какие качества развивает спортсмен тренируясь в аэробной или анаэробной зоне я писал в статье « «.

Выделяют три энергетические системы, обеспечивающие физическую работу человека:

1. Алактатная или фосфагенная (анаэробная). Связана с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет высокоэнергетического фосфатного соединения – КреатинФосфата (КрФ).
2. Гликолитическая (анаэробная). Обеспечивает ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена и/или глюкозы до молочной кислоты (лактата).
3. Аэробная (окислительная). Возможность выполнения работы за счет окисления углеводов, жиров, белков при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.

Источники энергии при кратковременной работе.

Быстродоступную энергию мышце дает молекула АТФ (АденозинТриФосфат). Этой энергии хватает на 1-3 секунды. Этот источник используется для мгновенной работы, максимальном усилии.

АТФ + H2O ⇒ АДФ + Ф + Энергия

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000-3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Пополняется АТФ за счет КрФ (КреатинФосфат), это вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией в мышце. КрФ отдает молекулу Фосфата молекуле АДФ для образования АТФ, обеспечивая тем самым возможность работы мышцы в течение определенного времени.

Выглядит это так:

АДФ+ КрФ ⇒ АТФ + Кр

Запаса КрФ хватает до 9 сек. работы. При этом пик мощности приходится на 5-6 сек. Профессиональные спринтеры этот бак (запас КрФ) стараются еще больше увеличить путем тренировок до 15 секунд.

Как в первом случае, так и во втором процесс образования АТФ происходит в анаэробном режиме, без участия кислорода. Ресинтез АТФ за счет КрФ осуществляется почти мгновенно. Эта система обладает наибольшей мощностью по сравнению с гликолитической и аэробной и обеспечивает работу «взрывного» характера с максимальными по силе и скорости сокращениями мышц. Так выглядит энергетический обмен при кратковременной работе, другими словами, так работает алактатная система энергообеспечения организма.

Источники энергии при непродолжительной работе.

Откуда берется энергия для организма при непродолжительной работе? В этом случае источником является животный углевод, который содержится в мышцах и печени человека — гликоген. Процесс, при котором гликоген способствует ресинтезу АТФ и выделению энергии называется Анаэробным гликолизом (Гликолитическая система энергообеспечения).

Гликолиз – это процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Пируват). Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями - аэробным и анаэробным.

При аэробной работе пировиноградная кислота (Пируват) участвует в обмене веществ и многих биохимических реакциях в организме. Она превращается в Ацетил-кофермент А, который участвует в Цикле Кребса обеспечивая дыхание в клетке. У эукариот (клетки живых организмов, которые содержат ядро, то есть в клетках человека и животных) Цикл Кребса протекает внутри митохондрии (МХ, это энергетическая станция клетки).

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – ключевой этап дыхания всех клеток использующих кислород, это центр пересечения многих метаболических путей в организме. Кроме энергетической роли, Циклу Кребса отводится существенная пластическая функция. Участвуя в биохимических процессах он помогает синтезировать такие важные клетки-соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Если кислорода недостаточно , то есть работа проводится в анаэробном режиме, тогда пировиноградная кислота в организме подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты (лактата)

Гликолитическая анаэробная система характеризуется большой мощностью. Начинается этот процесс практически с самого начала работы и выходит на мощность через 15-20 сек. работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 3 – 6 минут. У новичков, только начинающих заниматься спортом, мощности едва ли хватает на 1 минуту.

Энергетическими субстратами для обеспечения мышц энергией служат углеводы – гликоген и глюкоза. Всего же запаса гликогена в организме человека на 1-1,5 часа работы.

Как было сказано выше, в результате большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество лактата (молочной кислоты).

Гликоген ⇒ АТФ + Молочная кислота

Лактат из мышц проникает в кровь и связывается с буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма. Если уровень лактата в крови повышается, то буферные системы в какой-то момент могут не справиться, что вызовет сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону. При закислении кровь становится густой и клетки организма не могут получать необходимого кислорода и питания. В итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. Снижается скорость самого гликолиза, алактатного анаэробного процесса, мощность работы.

Продолжительность работы в анаэробном режиме зависит от уровня концентрации лактата в крови и степенью устойчивости мышц и крови к кислотным сдвигам.

Буферная емкость крови – способность крови нейтрализовать лактат. Чем тренированнее человек, тем больше у него буферная емкость.

Источники энергии при продолжительной работе.

Источниками энергии для организма человека при продолжительной аэробной работе, необходимые для образования АТФ служат гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты, внутримышечный жир. Этот процесс запускается при длительной аэробной работе. Например, жиросжигание (окисление жиров) у начинающих бегунов начинается после 40 минут бега во 2-й пульсовой зоне (ПЗ). У спортсменов процесс окисления запускается уже на 15-20 минуте бега. Жира в организме человека достаточно для 10-12 часов непрерывной аэробной работы.

При воздействии кислорода молекулы гликогена, глюкозы, жира расщепляются синтезируя АТФ с выделением углекислого газа и воды. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки.

Гликоген + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода

Образование АТФ с помощью данного механизма происходит медленнее, чем с помощью источников энергии, используемых при кратковременной и непродолжительной работе. Необходимо от 2 до 4 минут, прежде чем потребность клетки в АТФ будет полностью удовлетворена с помощью рассмотренного аэробного процесса. Такая задержка вызвана тем, что требуется время, пока сердце начнет увеличивать подачу крови обогащенной кислородом мышцам, со скоростью необходимой для удовлетворения потребностей мышц в АТФ.

Жир + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода

Фабрика по окислению жира в организме является самой энергоемкой. Так как при окислении углеводов, из 1 молекулы глюкозы производится 38 молекул АТФ. А при окислении 1 молекулы жира – 130 молекул АТФ. Но происходит это гораздо медленнее. К тому же для производства АТФ за счет окисления жира требуется больше кислорода, чем при окислении углеводов. Еще одна особенность окислительной, аэробной фабрики – она набирает обороты постепенно, по мере увеличения доставки кислорода и увеличения концентрации в крови выделившихся из жировой ткани жирных кислот.

Больше полезной информации и статей вы можете найти .

Если представить все энергообразующие системы (энергетический обмен) в организме в виде топливных баков, то выглядеть они будут так:

1. Самый маленький бак – КреатинФосфат (это как 98 бензин). Он находится как бы ближе к мышце и запускается в работу быстро. Этого «бензина» хватает на 9 сек. работы.
2. Средний бак – Гликоген (92 бензин). Этот бак находится чуть дальше в организме и топливо из него поступает с 15-30 секунды физической работы. Этого топлива хватает на 1-1,5 часа работы.
3. Большой бак – Жир (дизельное топливо). Этот бак находится далеко и прежде, чем топливо начнет поступать из него пройдет 3-6 минут. Запаса жира в организме человека на 10-12 часов интенсивной, аэробной работы.

Все это я придумал не сам, а брал выжимки из книг, литературы, интернет-ресурсов и постарался лаконично донести до вас. Если остались вопросы — пишите.

1. Анаэробный гликолиз. Ресинтез АТФ в процессе гликолиза. Факторы, влияющие на протекание гликолиза.

2. Аэробный путь ресинтеза АТФ. Особенности регуляции.

3. Ресинтез АТФ в цикле Кребса.

4. Молочная кислота, ее роль в организме, пути ее устранения.

5. Биологическое окисление. Синтез АТФ при переносе электронов по цепи дыхательных ферментов.

1-й вопрос

Распад глюкозы возможен двумя путями. Один из них заключается в распаде шестиуглеродной молекулы глюкозы на две трехуглеродные. Этот путь называется дихотомическим распадом глюкозы. При реализации второго пути происходит потеря молекулой глюкозы одного атома углерода, что приводит к образованию пентозы; этот путь называется апотомический.

Дихотомический распад глюкозы (гликолиз) может происходить как в анаэробных, так и аэробных условиях. При распаде глюкозы в анаэробных условиях в результате процесса молочнокислого брожения образуется молочная кислота. отдельные реакции гликолиза катализируют 11 ферментов, образующих цепь, в которой продукт реакции, ускоряемой предшествующим ферментом, является субстратом для последующего. Гликолиз условно можно разбить на два этапа. В первом происходит затарта энергии, второй – характеризуется накоплением энергии в виде молекул АТФ.

Химизм процесса представлен в теме «Распад углеводов» и заканчивается переходом ПВК в молочную кислоту.

Бóльшая часть молочной кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровеносное русло. Изменению рН крови препятствует бикарбонатная буферная система: у спортсменов буферная емкость крови повышена по сравнению с нетренированными людьми, поэтому они могут переносить более высокое содержание молочной кислоты. Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген. Незначительная часть молочной кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечного продукта.

2-й вопрос

Аэробный распад глюкозы иначе называется пентозофосфатным циклом. В результате протекания этого пути из 6 молекул глюкозо-6-фосфата распадается одна. Апотомический распад глюкозы можно разделить на две фазы: окислительную и анаэробную.

Окислительную фазу где глюкозо-6-фосфат превращается в рибулёзо-5- фосфат представлена в вопросе «Распад углеводов. Аэробный распад глюкозы»

Анаэробная фаза апотомического распада глюкозы.

Дальнейший обмен рибулозо-5-фосфата протекает очень сложно, имеет место превращение фосфопентоз – пентозофосфатный цикл. В результате которого из шести молекул глюкозо-6-фосфата, вступающих в аэробный путь распада углеводов одна молекула глюкозо-6-фосфата полностью расщепляется с образованием СО 2 , Н 2 О и 36 молекул АТФ. Именно наибольший энергетический эффект распада глюкозо-6-фосфата, по сравнению с гликолизом (2 молекулы АТФ), имеет важное значение в обеспечении энергией мозга и мышц при физических нагрузках.

3-й вопрос

Цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса) занимает важное место в процессах обмена веществ: здесь идет обезвреживание ацетил-КоА (и ПВК) до конечных продуктов: углекислого газа и воды; синтезируется 12 молекул АТФ; образуется ряд промежуточных продуктов, которые используются для синтеза важных соединений. Например, щавелевоуксусная и кетоглутаровая кислоты могут образовать аспарагиновую и глутаминовую кислоты; ацетил-КоА служит исходным веществом для синтеза жирных кислот, холестерина, холевых кислот, гормонов. Цикл ди- и трикарбоновых кислот является следующим звеном основных видов обмена: обмена углеводов, белков, жиров. Подробно смотри в теме «Распад углеводов».

4-й вопрос

Увеличение количества молочной кислоты в саркоплазматическом пространстве мышц сопровождается изменением осмотического давления при этом вода из межклеточной среды поступает внутрь мышечных волокон, вызывая их набухание и регидность. Значительные изменения осмотического давления в мышцах могут быть причиной болевых ощущений.

Молочная кислота легко диффундирует через клеточные мембраны по градиенту концентрации в кровь, где вступает во взаимодействие с бикарбонатной системой, что приводит к выделению «неметаболического» избытка СО 2:

NаНСО 3 + СН 3 – СН – СООН СН 3 – СН – СООNа + Н 2 О + СО 2

Таким образом, увеличение кислотности, повышение СО 2 , служит сигналом для дыхательного центра, при выходе молочной кислоты усиливается легочная вентиляция и поставка кислорода работающей мышцы.

5-й вопрос

Биологическое окисление – это совокупность окислительных реакций, происходящих в биологических объектах (в тканях) и обеспечивающих организм энергией и метаболитами для осуществления процессов жизнедеятельности. При биологическом окислении также идет разрушение вредных продуктов обмена веществ, продуктов жизнедеятельности организма.

В развитии теории биологического окисления принимали участие ученые: 1868 г. - Шёнбайн (немецкий ученый), 1897 г. - А.Н. Бах, 1912 г. В.И. Палладин, Г.Виланд. Взгляды этих ученых положены в основу современной теории биологического окисления. Её суть.

В переносе Н 2 на О 2 участвуют несколько ферментных систем (дыхательная цепь ферментов), выделяют три основных компонента: дегидрогеназы (НАД, НАДФ); флавиновые (ФАД, ФМН); цитохромы (гем Fe 2+). В результате образуется конечный продукт биологического окисления – H 2 O. В биологическом окислении участвует цепь дыхательных ферментов.

Первый акцептор Н 2 – дегидрогеназа, кофермент – либо НАД (в митохондриях), либо НАДФ (в цитоплазме).

H(H + ē)

2ē

2ē

2ē

2ē

2H + +O 2- → H 2 O Субстраты: лактат, цитрат, малат, сукцинат, глицерофосфат и другие метаболиты. В зависимости от природы организма и окисляемого субстрата окисление в клетках может осуществляться главным образом по одному из 3-х путей. 1.При полном наборе дыхательных ферментов, когда идет предварительное активирование О в О 2- . Н (Н + е -) Н + е - 2е - 2е - 2е - 2е - 2е - S НАД ФАД b c a 1 a 3 1/2O 2 H 2 O Н (Н + е -) Н + е - 2.Без цитохромов: S НАД ФАД О 2 Н 2 О 2 . 3.Без НАД и без цитохромов: S ФАД О 2 Н 2 О 2 . Учёные установили, что при переносе водорода на кислород при участии всех переносчиков образуется три молекулы АТФ. Восстановление формы НАД·H 2 и НАДФ·H 2 при переносе H 2 на O 2 дают 3 АТФ, а ФАД·H 2 даёт 2 АТФ. При биологическом окислении образуется Н 2 О или Н 2 О 2 , она, в свою очередь, под действием каталазы распадается на Н 2 О иО 2 . Вода, образующаяся при биологическом окислении, расходуется на нужды клетки (реакции гидролиза) или выводится как конечный продукт из организма. При биологическом окислении выделяется энергия, которая либо переходит в тепловую и рассеивается, либо накапливается в ~ АТФ и потом используется на все жизненные процессы. Процесс, при котором идет накопление энергии, освободившейся при биологическом окислении, в ~ связях АТФ – окислительное фосфорилирование, то есть синтез АТФ из АДФ и Ф(н) за счет энергии окисления органических веществ: АДФ + Ф(н) АТФ + Н 2 О. В макроэргических связях АТФ накапливается 40% энергии биологического окисления. Впервые на сопряжение биологического окисления с фосфорилированием АДФ указал В.А.Энгельгардт (1930 г.). Позднее В.А.Белицер и Е.Т. Цыбакова показали, что синтез АТФ из АДФ и Ф(н) идет в митохондриях при миграции е - от субстрата к О 2 через цепь дыхательных ферментов. Эти ученые обнаружили, что на каждый поглощенный атом О образуется 3 молекулы АТФ, то есть в дыхательной цепи ферментов существует 3 пункта сопряжения окисления с фосфорилированием АДФ:

Содержание

Аденозинтрифосфорная кислота (молекула АТФ в биологии) является веществом, вырабатываемым организмом. Это источник энергии для каждой клетки тела. Если АТФ вырабатывается недостаточно, то наступают сбои в работе сердечно-сосудистой и других систем и органов. В этом случае медики назначают препарат, содержащий аденозинтрифосфорную кислоту, которая выпускается в таблетках и ампулах.

Что такое АТФ

Аденозинтрифосфат, Аденозинтрифосфорная кислота или АТФ - это нуклеозидтрифосфат, который является универсальным источником энергии для всех живых клеток. Молекула обеспечивает связь между тканями, органами и системами организма. Являясь носителем высокоэнергетических связей, Аденозинтрифосфат осуществляет синтез сложных веществ: перенос через биологические мембраны молекул, мышечное сокращение и прочие. Строение АТФ – это рибоза (пятиуглеродный сахар), аденин (азотистое основание) и три остатка фосфорной кислоты.

Помимо энергетической функции АТФ, молекула нужна в организме для:

• расслабления и сокращения сердечной мышцы;
• нормальной работы межклеточных каналов (синапсов);
• возбуждения рецепторов для нормального проведения по нервным волокнам импульса;
• передачи возбуждения от блуждающего нерва;
• хорошего кровоснабжения головного, сердца;
• повышения выносливости организма при активной мышечной нагрузке.

Препарат АТФ

Как расшифровывается АТФ, понятно, но что происходит в организме при снижении ее концентрации, ясно не всем. Через молекулы аденозинтрифосфорной кислоты под влиянием негативных факторов в клетках реализуются биохимические изменения. По этой причине люди с дефицитом АТФ страдают сердечно-сосудистыми заболеваниями, у них развивается дистрофия мышечных тканей. Чтобы обеспечить организму необходимый запас аденозинтрифосфата, назначаются медикаменты с его содержанием.

Лекарство АТФ – это препарат, который назначают для лучшего питания клеток тканей и кровоснабжения органов. Благодаря ему в организме пациента происходит восстановление работы сердечной мышцы, снижаются риски развития ишемии, аритмии. Прием АТФ улучшает процессы кровообращения, снижает опасность возникновения инфаркта миокарда. Благодаря улучшению данных показателей, в норму приводится общее физическое здоровье, у человека повышается работоспособность.

Инструкция по применению АТФ

Фармакологические свойства АТФ – препарата схожи с фармакодинамикой самой молекулы. Лекарственное средство стимулирует энергетический обмен, нормализует уровень насыщения ионами калия и магния, понижает содержание мочевой кислоты, активизирует ионотранспортные системы клеток, развивает антиоксидантную функцию миокарда. Пациентам с тахикардией и фибрилляцией предсердий применение лекарства помогает восстановить естественный синусовый ритм, уменьшить интенсивность эктопических очагов.

При ишемии и гипоксии медикамент создает мембраностабилизирующую и антиаритмическую активность, благодаря свойству налаживать метаболизм в миокарде. Препарат АТФ благотворно влияет на центральную и периферическую гемодинамику, коронарное кровообращение, увеличивает способность сокращения сердечной мышцы, улучшает функциональность левого желудочка и сердечный выброс. Весь это спектр действий приводит к понижению количества приступов стенокардии и одышки.

Состав

Действующее вещество препарата – натриевая соль аденозинтрифосфорной кислоты. Лекарство АТФ в ампулах содержит в 1 мл 20 мг активного компонента, а в таблетках – 10 или 20 г на штуку. Вспомогательные вещества в растворе для инъекций – это лимонная кислота и вода. Таблетки содержат дополнительно:

• безводный коллоидный диоксид кремния;
• бензоат натрия (Е211);
• крахмал кукурузный;
• стеарат кальция;
• моногидрат лактозы;
• сахарозу.

Форма выпуска

Как уже упоминалось, выпускается медикамент в таблетках и ампулах. Первые упаковываются в блистер по 10 штук, продаются по 10 или 20 мг. Каждая коробка содержит 40 таблеток (4 блистерные упаковки). Каждая ампула 1 мл содержит 1% раствор для инъекций. В картонной коробке имеется 10 штук и инструкция по применению. Аденозинтрифосфорная кислота таблетизированной формы бывает двух видов:

• АТФ-Лонг – препарат с более длительным действием, который выпускается в таблетках белого цвета по 20 и 40 мг с насечкой для деления с одной стороны и фаской – с другой;
• Форте – лекарство АТФ для сердца в таблетках для рассасывания по 15 и 30 мг, которое показывает более выраженное действие на сердечную мышцу.

Показания к применению

Таблетки или уколы АТФ чаще назначают при различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Поскольку спектр действия препарата широк, лекарственное средство показано при следующих состояниях:

• вегето-сосудистая дистония;
• стенокардия покоя и напряжения;
• нестабильная стенокардия;
• наджелудочковая пароксизмальная тахикардия;
• суправентрикулярная тахикардия;
• ишемическая болезнь сердца;
• постинфарктный и миокардический кардиосклероз;
• сердечная недостаточность;
• нарушения сердечного ритма;
• аллергический или инфекционный миокардит;
• синдром хронической усталости;
• миокардиодистрофия;
• коронарный синдром;
• гиперурикемия разного генеза.

Дозировка

АТФ-Лонг рекомендуется класть под язык (сублингвально) до полного рассасывания. Лечение осуществляется независимо от еды 3-4 раза/сутки в дозировке 10-40 мг. Терапевтический курс назначает врач индивидуально. Средняя продолжительность лечения – 20-30 дней. Более длительный прием доктор назначает по собственному усмотрению. Разрешается повторить курс через 2 недели. Не рекомендуется превышать суточную дозу выше 160 мг препарата.

Инъекции АТФ внутримышечно вводятся 1-2 раза/сутки по 1-2 мл из расчета 0,2-0,5 мг/кг веса пациента. Внутривенное введение препарата осуществляется медленно (в виде инфузий). Дозировка составляет 1-5 мл из расчета 0,05-0,1 мг/кг/мин. Проводятся инфузии исключительно в условиях стационара под тщательным контролем показателей артериального давления. Продолжительность инъекционной терапии составляет около 10-14 дней.

Противопоказания

Препарат АТФ назначают с осторожностью при комплексной терапии с другими лекарственными средствами, которые содержат магний и калий, а также с медикаментами, предназначенными для стимуляции сердечной деятельности. Абсолютные противопоказания к применению:

• грудное вскармливание (лактация);
• беременность;
• гиперкалиемия;
• гипермагниемия;
• кардиогенный или другие виды шока;
• острый период инфаркта миокарда;
• обструктивные патологии легких и бронхов;
• синоатриальная блокада и AV-блокада 2-3 степени;
• геморрагический инсульт;
• тяжелая форма бронхиальной астмы;
• детский возраст;
• гиперчувствительность к компонентам, входящим в состав лекарства.

Побочные действия

При некорректном применении лекарственного средства может возникнуть передозировка, при которой наблюдаются: артериальная гипотензия, брадикардия, AV-блокада, потеря сознания. При таких признаках необходимо прекратить прием препарата и обратиться к врачу, который назначит симптоматическое лечение. Побочные реакции возникают и при длительном использовании медикамента. Среди них:

• тошнота;
• кожный зуд;
• дискомфорт в эпигастральной области и груди;
• высыпания на коже;
• гиперемия лица;
• бронхоспазм;
• тахикардия;
• усиление диуреза;
• головные боли;
• головокружение;
• ощущение жара;
• усиление моторики желудочно-кишечного тракта;
• гиперкалиемия;
• гипермагниемия;
• отек Квинке.

International Association of Athletics Federations
Coaches Education and Certification System
Level II
Physiology of Energy
Production
September 2001
Unit 2.3

АТФ

Энергия АТФ
используется
для ВСЕХ
функций
организма,
а не только
для
физической
активности
Напряжение
мышц
Выработка
гормонов
Нервная
проводимость
Энергия
АТФ
Производство
новых
тканей
Восстановление
поврежденных
тканей
Adapted from de Castella &
Clews 1996
2 of 16
Переваривание
пищи
Physiology of Energy

АТФ - энергия

АТФ =
Аденозин
Pi
Pi
Энергия
Энергия
Pi
Структура молекулы АТФ
Аденозин
{
Pi
АТФ
Pi
Pi
}
Аденозин
{
Pi
АДФ
Pi
+
Pi
+
Энергия
}
Механизм реализации источника энергии
Adapted from Wilmore & Costill, 1994
Physiology of Energy
3 of 16

Physiology of Energy

Восстановление АТФ

АТФ в процессе мышечной деятельности
восстанавливается тремя путями:
Анаэробной алактатный механизм
Анаэробный лактатный (гликолитический)
механизм
Аэробный механизм
Physiology of Energy
4 of 16

Системы энергообеспечения

Все системы энергообеспечения работают
постоянно.
В зависимости от потребностей организма
для данного вида деятельности
(в соответствии с интенсивностью и
продолжительностью упражнения)
доля вклада той или иной системы в
общую энергопродукцию возрастает
Physiology of Energy
5 of 16

Системы
энергообеспечения
Аэробная
Анаэробная
T3 алактатная T2
Каналы
поступления
Анаэробная
лактатная
T1
Мышцы
Physiology of Energy
6 of 16

Вклад различных систем энергообеспечения

Анаэробная
алактатная
Анаэробная
лактатная
Аэробная
0
4
6
30
45
sec
Расход энергии при выполнении работы
5
min
Physiology of Energy
7 of 16

Анаэробная алактатная система

C
Pi
+
C
+
Pi
Энергия
+
+
АДФ
=
CP
+
Pi
АДФ
+
АТФ
Энергия
АТФ
+
C
Physiology of Energy
11 of 16

10.

Physiology of Energy

11. Анаэробная лактатная система

Углеводы
Отсутствие
кислорода
Молочная кислота
Анаэробный цикл
Кислород
Цикл Кребса и электрон-транспортная цепь
CO2 + Water
Аэробный цикл
Physiology of Energy
12 of 16

12. Аэробная система

46 30
sec
45
5
min
80
min
Physiology of Energy
13 of 16

13.

Показатели
кинетики
Креатинфосфо
киназная
реакция
Гликолиз
Максимальная
мощность
кДж/кг/мин
3,8
2,5
1,8
Быстрота
развертывания
процесса, с
1-2
30-50
60-90
Максимальная емкость
процесса, моль
ресинтезируемых
АТФ/ моль
окисляемого
вещества
1
2-3
38-39
Метаболическая
эффективность,%
80
35-50
55-60
Аэробное
окисление
углеводов
Physiology of Energy

14. Источники воспроизводства АТФ

Креатинфосфат
АТФ
Лактат
АДФ+ P
Гликоген
Энергия
Жир
Zintl.F. 1990
Белок
Physiology of Energy
8 of 16

15. Углеводы

Углеводы размещаются в организме
в виде гликогена, находясь
в мышцах или печени,
и транспортируются кровью
в виде глюкозы
Physiology of Energy
9 of 16

16. Источники энергии

Система
энергообеспечения
Анаэробная
алактатная
Источники энергии
Креатинфосфат
Оптимальная
длительность
выполняемой
работы
0 – 4 (10)
секунды
Анаэробная
лактатная
Углеводы
45 секунд –
3-5 минут
Аэробная
Углеводы
Жиры
2 – 3 часа
Physiology of Energy
10 of 16

17. Показатели скорости бега, уровня лактата и ЧСС на ступенях лыжероллерного задания "до отказа" у биатлонисток в зависимости от

Показатели скорости бега, уровня лактата и ЧСС на ступенях
лыжероллерного задания "до отказа" у биатлонисток в зависимости от
полиморфизма гена АКФ.
- - - - - DD генотип,
______ ID генотип
8,0
Лактат ммоль/л
7,0
6,5
DD
6,0
ID
5,5
5,0
4,5
4,0
1
2
3
4
DD
ID
1
5
2
3
4
5
Ступени задания
Ступени задания
195,0
185,0
ЧСС, уд/мин
Скорость, м/с
7,5
18,0
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
175,0
DD
165,0
ID
155,0
145,0
135,0
1
2
3
Ступени задания
4
5
Physiology of Energy

18. Энергоресурсы организма

Жиры
CH
(357g)
(7961g)
Количество
1g Fat
1g CH
4 kcal
Energy
9 kcal
Energy
Использование
Physiology of Energy
14 of 16

19. Аэробная система

Окисление жиров требует на 10%
больше кислорода, чем окисление
углеводов при одинаковой
энергопродукции
Physiology of Energy
15 of 16

20. Использование источников энергии

Жиры
= количество =
+
O2
Энергия
Углеводы
+
> на 10%
= количество =
o2
Энергия
Physiology of Energy
16 of 16

21.

Соотношение белых и красных мышечных
волокон
Physiology of Energy

22.

Physiology of Energy

23.

Кислородный запрос (О2 запрос) - это
количество кислорода, необходимое для
энергообеспечения мышечной деятельности
спортсмена.
Кислородное потребление (О2 потребление)
- фактическое потребление кислорода во
время работы.
Кислородный дефицит (О2 дефицит) - это
часть кислородного запроса, не
удовлетворяемого во время работы.
Кислородный долг (02 долг) - количество
кислорода, потребляемое организмом сверх
нормы покоя во время отдыха. Physiology of Energy

24.

Physiology of Energy

25.

Алактатный компонент О2долга связан с
повышенным потреблением кислорода во
время отдыха для восстановления содержания
КФ и баланса АТФ, насыщения кислородом
гемоглобина, миоглобина, плазмы крови и
биологических жидкостей. Этот компонент
О2долга невелик и ликвидируется в течение
первых 35 мин отдыха.
Лактатный компонент О2долга связан с
устранением молочной кислоты, кетоновых тел
и других недоокисленных продуктов. Этот
компонент О2долга устраняется гораздо
медленнее - за 1,5-2 ч отдыха.
Physiology of Energy

26.

Биохимическая характеристика зон относительной
мощности работы при выполнении спортивных
нагрузок
Продолжит
ельность
работы
О2
О2
запрос потребл.
л/мин % от
МПК
Максималь
ая
От 2-3
до 20-25 с
40
Субмакси
альная
От 20-25 с
до 3-5 мин
ольшая
она
ощности
Умеренная
О2
дефицит
% от
запроса
Основные
пути
ресинтеза
АТФ
Основные
источники энерги
До 20-30
90-95
КФ
Гликолиз
Внутримышечные
(КФ, гликоген)
10-30
80-100
50-80
Гликолиз
КФ
Аэробное
окисление
Внутри- и
внемышечные (КФ
гликоген мышц и
печени,
фосфолипиды)
От 3-5 до
40-50 мин
4,5-7
85-95
20-30
Аэробное Внутри- и
окисление внемышечные
Гликолиз гликоген мышц,
печени, липиды
Более 40-50
мин
3-4
60-80
До 5-10
Аэробное Преимущественно
окисление внемышечные
(гликоген печени и
Physiology of Energy
мышц, липиды)

27.

Динамика биохимических показателей крови при
выполнении спортивных нагрузок
Работа в зонах мощности
Биохимиче
ские
показатели
Покой
крови
макси
мальной
субмакси
мальной
большой
умеренной
До 10-16
До 20-25
8,9-16,6
4,0-5,5
До 6,9-7,0
7,3
Не измен.
Лактат,
ммоль/л
0,5-1,0
рН
7,36-7,42 7,2-7,3
Снижение Норма
щелочного
резерва, %
-40
-60
-12
Незначит.
измен.
Глюкоза,
ммоль/л
3,3-6,0
До 7-8
До 10-13
Незначит.
измен.
Возможно
снижение до
2,2-2,7
Мочевина, 2,5-8,0
ммоль/л
Не
измен.
Возможно повышение до 10-13
Physiology of Energy

28.

Режим работы
(состояние
организма)
Вид
Энерготрат
физичес
ы,
кой
кДж/с
нагрузки
Лактат
Ведущий
крови,
энергетиче
ский
ммоль/л
процесс
Покой
-
0,10-0,12
0,5-1,0
Аэробный
Мощность ПАО
Легкий бег
(2,73 м/с)
0,5-1,0
2,0-2,5
Аэробный
Мощность ПАНО
Марафон
(5,0-5,4
м/с)
1,5-1,8
4,0-4,5
Аэробный
Максимальная
мощность:
аэробная (100%
МПК)
Бег 1500м
(7, 17,5 м/с)
4,0-4,5
До 12-15
Аэробный и
гликолиз
гликолитическая
Бег 400-800
м
(8,5-9,0
м/с)
6,3-7,0
До 20-25
Гликолиз
анаэробная
Бег 60-100 м
(10 м/с)
До 8,0-8,2
До 6,0-8,0
Алактатный
(АТФ + КФ)
Physiology of Energy

Восстановление фосфагенов (АТФ и КрФ)

Фосфагены, особенно АТФ, восстанавливаются очень быстро (рис. 25). Уже на протяжении 30 с после прекращения работы восстанавливается до 70% израсходованных фосфагенов, а их полное восполнение заканчивается за несколько минут, причем почти исключительно за счет энергии аэробного метаболизма, т. е. благодаря кислороду, потребляемому в быструю фазу О2-долга. Действительно, если сразу после работы жгутировать работающую конечность и таким образом лишить мышцы кислорода, доставляемого с кровью, то восстановление КрФ не произойдет.

Чем больше расход фосфагенов за время работы, тем больше требуется О2 для их восстановления (для восстановления 1 моля АТФ необходимо 3,45 л О2). Величина быстрой (алактатной) фракции О2-долга прямо связана со степенью снижения фосфагенов в мышцах к концу работы. Поэтому данная величина указывает на количество израсходованных в процессе работы фосфагенов.

У нетренированных мужчин максимальная величина быстрой фракции О2-долга достигает 2-3 л. Особенно большие величины этого показателя зарегистрированы у представителей скоростно-силовых видов спорта (до 7 л у высококвалифицированных спортсменов). В этих видах спорта содержание фосфагенов и скорость их расходования в мышцах прямо определяют максимальную и поддерживаемую (дистанционную) мощность упражнения.

Восстановление гликогена. По первоначальным представлениям Р. Маргария и др. (1933), израсходованный за время работы гликоген ресинтезируется из молочной кислоты на протяжении 1-2 ч после работы. Расходуемый в этот период восстановления кислород определяет вторую, медленную, или лактатную, фракцию О2-Долга. Однако в настоящее время установлено, что восстановление гликогена в мышцах может длиться до 2-3 дней

Скорость восстановления гликогена и количество его восстанавливаемых запасов в мышцах и печени зависит от двух основных факторов: степени расходования гликогена в процессе работы и характера пищевого рациона в период восстановления. После очень значительного (более 3/4 исходного содержания), вплоть до полного, истощения гликогена в рабочих мышцах его восстановление в первые часы при обычном питании идет очень медленно, и для достижения предрабочего уровня требуется до 2 суток. При пищевом рационе с высоким содержанием углеводов (более 70% суточного калоража) этот процесс ускоряется - уже за первые 10 ч в рабочих мышцах восстанавливается более половины гликогена, к концу суток происходит его полное восстановление, а в печени содержание гликогена значительно превышает обычное. В дальнейшем количество гликогена в рабочих мышцах и в.печени продолжает увеличиваться и через 2-3 суток после "истощающей" нагрузки может превышать предрабочее в 1,5-3 раза - феномен суперкомпенсации.

При ежедневных интенсивных и длительных тренировочных занятиях содержание гликогена в рабочих мышцах и печени существенно снижается ото дня ко дню, так как при обычном пищевом рационе даже суточного перерыва между тренировками недостаточно для полного восстановления гликогена. Увеличение содержания углеводов в пищевом рационе спортсмена может обеспечить полное восстановление углеводных ресурсов организма к следующему тренировочному занятию.

Устранение молочной кислоты. В период восстановления происходит устранение молочной кислоты из рабочих мышц, крови и тканевой жидкости, причем тем быстрее, чем меньше образовалось молочной кислоты во время работы. Важную роль играет также послерабочий режим. Так, после максимальной нагрузки для полного устранения накопившейся молочной кислоты требуется 60-90 мин в условиях полного покоя - сидя или лежа (пассивное восстановление). Однако, если после такой нагрузки выполняется легкая работа (активное восстановление), то устранение молочной Кислоты происходит значительно быстрее. У нетренированных людей оптимальная интенсивность "восстанавливающей" нагрузки - примерно 30-45% от МПК (например, бег трусцой), а. у хорошо тренированных спортсменов - 50-60% от МПК, общей продолжительностью примерно 20 мин.

Существует четыре основных пути устранения молочной кислоты:

• 1) окисление до СО2 и ШО (так устраняется примерно 70% всей накопленной молочной кислоты);
• 2) превращение в гликоген (в мышцах и печени) и в глюкозу (в печени) около 20%;
• 3) превращение в белки (менее 10%); 4) удаление с мочой и потом (1-2%). При активном восстановлении доля молочной кислоты, устраняемой аэробным путем, увеличивается. Хотя окисление молочной кислоты может происходить в самых разных органах и тканях (скелетных мышцах, мышце сердца, печени, почках и др.), наибольшая ее часть окисляется в скелетных мышцах (особенно их медленных волокнах). Это делает понятным, почему легкая работа (в ней участвуют в основном медленные мышечные волокна) способствует более быстрому устранению лактата после тяжелых нагрузок.

Значительная часть медленной (лактатной) фракции О2-долга связана с устранением молочной кислоты. Чем интенсивнее нагрузка, тем больше эта фракция. У нетренированных людей она достигает максимально 5-10 л, у спортсменов, особенно у представителей скоростно-силовых видов спорта, - 15-20 л. Длительность ее - около часа. Величина и продолжительность лактатной фракции О2-долга уменьшаются при активном восстановлении.