Людини, щоб постійно підтримувати працездатність і життєдіяльність м'язових тканин.

Виділення необхідних елементів і кислот під час ресинтезу забезпечує можливість, наприклад спортсменам, протягом багато часу тримати м'язову тканину в напрузі.

Перебуваючи у спокої, для підтримки свого стану та поточних процесів метаболізму, м'язам необхідний постійний ресинтез АТФ та вироблення відповідних .

Механізм виникнення аденозинтрифосфату є процес, який повинен постійно відбуватися в організмі людини, для забезпечення працездатності м'язів у стані спокою. У цьому, споживання ними аденофосфатов збільшується, тоді, коли відбувається скорочення мускулатури.

Ресинтез АТФ постачає тканинам необхідну енергію для працездатності та актоміозиновий комплекс елементів, а в активному стані забезпечує їх необхідною кількістю іонами кальцію.

Для цього кількість аденозитрофосфорної у м'язових тканинах постійно відновлюється. У цьому оперативність відновлення дорівнює часу споживання, цей процес відбувається з допомогою певних біохімічних механізмів ресинтезу.

Елементами, що виступають у ролі джерел ресинтезу АФТ, що протікає в організмі, можуть бути м'язи «кістяка» і деякі інші тканини. Саме ці енергетичні джерела багаті на фосфатовмісні елементи:

• Креатінофосфатом
• Аденозинфосфатом

Крім цього, у процесі катаболізму утворюються:

• Глікоген
• Енергетичні компоненти

За підсумками перебігу процесу окислення в аеробному середовищі, в організмі з'являються елементи градієнта. У м'язах розташовується приблизно 0,20% АТФ, при цьому зростає значення концентрації «%», і пригнічення міозинової маси, внаслідок чого забезпечується виключення виникнення м'язових спайок.

Але концентрація вмісту в м'язах АТФ не повинна знижуватися, менше 0,1%, інакше м'язи скорочуватимуться до повного виснаження. Це забезпечується за рахунок того, що в цей момент перестає працювати кальцієва саркоплазматична ретикулума.

У разі виснаження м'яза починає розвиватися ригора, тобто системне не проходить скорочення.

Анаеробні та аеробні процеси ресинтезу у м'язах.

Ресинтез АТФ – це реакція з умовами аеробних та анаеробних механізмів.

Перебіг реакції в активний період може проходити, як в результаті реакції, за наявності анаеробних умов.

Анаеробний процес ресинтезу протікають без участі кисню, за умови наявності кисню – реакція називається аеробна.

При постійних показниках ресинтез АТФ протікає, за участю кисню, отже, спостерігається аеробний процес.

Внаслідок напруженої фізичної праці процес ресинтезу АТФ немає, оскільки доступ кисню до м'язів виключено. У м'язах кістяка спостерігаються всього три анаеробних і один аеробний - відновлення аденозинтрифосфату.

Подібний процес включає такі механізми, як:

• Креатинфосокіназний
• Алактатний
• Лактатний
• Міокіназний

Безпосередньо перебіг аеробного включає себе протягом окислювального фосфалювання, кількість мітохондрій при цьому значно підвищується. При аеробному окисленні спостерігається вироблення енергетичного субстрату:

• Глюкоза
• Жирні кислоти
• Деякі амінокислоти
• Молочна кислота
• Кетонові тіла

Аеробний механізм або, як його ще називають кислотний, є важливим процесом для спортсменів, оскільки забезпечує швидкість і витривалість. Саме аеробна реакція може підтримувати у постійній напрузі протягом тривалого часу.

Кисневі реакції в м'язах забезпечують їхню працездатність енергією, в основному, за рахунок хімічної взаємодії таких харчових речовин, як жири та вуглеводи безпосередньо з киснем. Всі необхідні компоненти надходять в організм спортсмена разом з їжею і накопичуються в запасниках доти, поки будуть необхідні.

Наприклад, цукор і крохмаль, які у ролі вуглеводів, утворюють елемент – глікоген. У середньому в організмі людини глікоген може до 70-80 хвилин забезпечувати роботу субмаксимальної працездатності. Але при цьому рівень жирів в організмі ніколи не вичерпується.

Саме, вуглеводи є самим енергопостачальником для організму, якщо порівнювати з жирами.

Це пов'язано з тим, що з однаковому споживанні, їх окислення потрібно на 10% менше кисню. Цей факт є дуже актуальним для ситуацій із нестачею кисню при сильних фізичних навантаженнях.

У зв'язку з тим, що запаси вуглеводів в організмі з часом мають властивість вичерпуватися, витривалість та досягнення (можливості) спортсменів знижуються. Після того, як будуть вичерпані всі запаси – до процесу підтримки, підключаються жири та підживлюють безперебійну працездатність.

Власне, внесок таких компонентів, як жири та вуглеводи в забезпечення м'язів енергією, безпосередньо залежить від працездатності та рівня енергії, що витрачається.

Але, при одній і тій же інтенсивності навантаження, в умовах аеробної реакції, організм споживатиме менше вуглеводів і більший рівень жирів. Це правило діє для спортсменів, оскільки їх м'язи систематично піддаються навантаженням, якщо порівнювати з непідготовленими людьми.

Таким чином, можна зробити висновок, що людина з тренованими м'язами витрачає набагато меншу кількість енергії, оскільки має в організмі більші вуглеводи.

Киснева система може виробляти стільки кисню, скільки може споживати організм, і чим вищий рівень споживання, в момент виконання напруженої роботи, тим більше зростає ефективність. У порівнянні з аналоговими реакціями, що відбуваються, процесами ресинтезу АТФ, саме аеробний механізм характеризується великими перевагами:

• Високий рівень економічності, оскільки з однієї молекули виникає 30 молекул АТФ, порівняно з анаеробним процесом, у якому утворюється лише 3 молекули.
• Багатофункціональність, так як енергетичні компоненти виступають амінокислоти, вуглеводи, кетонові тіла і .
• Значно більша тривалість роботи процесу, оскільки у момент спокою, ресинтез АТ порівняно невеликий, але зі збільшенням навантажень – він миттєво зростає до максимального показника.

Але, за явних переваг, аеробний процес характеризується і деякими недоліками:

• Постійне споживання молекул кисню значно лімітує швидкість його проходження до м'язів і процес його всмоктування за допомогою мембрани метохондрій.
• Великий показник розгортання за часом.
• Мінімальний показник максимальної потужності.

У м'язах під час ресинтезу АФТ протікають певні процеси. Найважливіший і найшвидший – креатинкіназна реакція, яка виробляє фофорильні елементи, при вичерпанні АТФ.

Серед з невеликим показником кислотності переважно відбувається активація елементів дихання й те водночас виникає пригнічення ферментів, відповідальних роботи м'язових тканин і реакції ресинтезу АТФ. На початку процесу відбувається перенесення АТФ в міжмембранний простір, використовуючи внутрішню мембрану.

У цей момент ресинтез АТФ є сполучним між креатином, що проникає з краєтинкінази. Саме така взаємодія сприяє метахондріальній креатинкіназі, яка знаходиться в мембрані мітохондрій і тим самим утворюється креатиносфат.

Таким чином, елемент, що виникає, знову потрапляє в саркоплазму, в якій відкидає залишок елементів фофору з АТФ на саркоплазматичну АДФ.

Максимальний період перебігу процесу не перевищує 30 секунд, а максимальна потужність досягається за 2 хвилини.
Цей метод характеризується перевагами, порівняно з аналогами:

• Набагато швидше досягається максимальна потужність
• Показник максимальної потужності набагато більший, ніж у аеробного способу
• Відбувається без необхідності використовувати кисень та мітохондрії

Хоча навіть гліколітичний спосіб має і ряд недоліків:

• Механізм має невеликий показник економічності
• Велике скупчення кислоти в м'язах може нашкодити їх стандартному функціонуванню і навіть стимулювати їхню втому.

Міокіназний механізм протікає при великій кількості АДФ у саркоплазмі і виникає, як допоміжний метод, за умов, що інші можливості вже вичерпали себе і зараз вже близькі до цього показника.

Міокіназна у тканинах найчастіше виникає при значному підвищенні рівня АДФ.

В основному така ситуація може виникати за сильної м'язової втоми.

Таким словом, можна сказати, аеробні та анаеробні реакції, що відбуваються, забезпечують високий необхідний рівень енергії.

Загальні показники та енергетичні можливості протікають реакцій

Ресинтез АТФ протікає і власне сам вхідний механізм характеризується відмінними один від одного показниками енергозабезпечення, що протікають виходячи з таких критеріїв:

• «Мах» потужність
• Швидкість протікання
• Місткість за показником матеболізму
• «Мах» ефективність

«Мах» є найбільшим значенням швидкості виникнення елементів АТФ, в одному з метаболічних реакцій, що обмежує ліміт інтенсивності дій, що виконуються, завдяки застосовуваним особливостям механізму реакції. протікання обумовлює максимальний час, протягом якого досягається найвищий рівень потужності ресинтезу аденозинтрифосфату.

Метаболічна ємність є показником цілісного значення АТФ, яке може виникати в процесі використання ланцюжка процесів ресинтезу АТФ, що відбуваються, враховуючи значення постійної кількості елементів, що забезпечують постачання енергії в м'язи.

Повномірна кількість ємності своєю кількістю обмежує обсяг виконуваної дії. Таким чином, подібна ефективність протікає обмеженою кількістю енергії, яка накопичується в макроергітичних зв'язках аденозитрифосфату.

Саме, ця характеризує економічність роботи в цей момент роботи і в даному випадку критерієм служить загальний показник корисної дії.

Значення коефіцієнта корисної дії, в такому випадку, буде відношення загального показника корисної енергії, що витрачається, до її загальної кількості, яка виникає в ході вищевказаного процесу. Загальний коефіцієнт ПД при метаморфозах енергії, при метаболічних процесах переважно залежить від:

• Рівень фосфолювання
• Показники хемомеханічних процесів

«Мах» ефективність таких хемомеханічних сполучень протікає практично однаково і становить 12 загальної реакції.

«Мах» ефективність рівня фосфолювання є найвищим значенням в алактатному анаеробному процесі, становить 80%, і мінімальний показник – 40%, при виникненні реакції гліколізу – збільшується до 42%. У стаціонарному аеробному процесі показник дорівнює 58%.

Таким чином, можна зробити висновок, що процеси за анаеробних умов характеризуються значно збільшеною максимальною потужністю виникнення АТФ, але при цьому мають практично мінімальний період утримання накопичених компонентів.

Про те, що таке синтез АТФ, можна подивитися на відео:

АТФ та м'язова робота АТФ – безпосереднє джерело при м'язовій роботі. Швидкість витрачання АТФ дуже висока. Запаси АТФ невеликі. Вся АТФ може бути витрачена під час роботи. Виконання значного обсягу роботи можливе лише при ресинтезі АТФ з тією ж швидкістю, якою вона витрачається.

ШЛЯХИ РЕСИНТЕЗУ АТФ Процеси, що забезпечують ресинтез АТФ прийнято ділити на аеробні та анаеробні. До найважливіших анаеробних процесів належать: - креатинфосфатна реакція - гліколіз Є й інші, але їхній внесок у енергозабезпечення м'язової роботи незначний.

ПОКАЗНИКИ МЕХАНІЗМІВ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ Для порівняння різних механізмів, оцінки їх можливостей використовуються такі показники: - максимальна потужність - швидкість розгортання - ємність - ефективність

ПОКАЗНИКИ Потужність – максимальна кількість енергії, яку той чи інший процес може дати в одиницю часу (максимальна кількість АТФ, яка може бути ресинтезована в одиницю часу). Швидкість розгортання – час від початку до досягнення процесом максимальної потужності.

ПОКАЗНИКИ ЄМНІСТЬ - загальна кількість енергії, яка може поставити процес для забезпечення роботи ЕФЕКТИВНІСТЬ - відношення енергії, що використовується для ресинтезу АТФ, до загальної кількості енергії, що звільнилася.

АЕРОБНИЙ РЕСИНТЕЗ АТФ (аеробне біологічне окиснення) Біологічне окиснення буває аеробним та анаеробним. АЕРОБНЕ ОКІСЛЕННЯ – основний шлях ресинтезу АТФ, безперервно діючий протягом усього життя. Суть процесу --------------------

АЕРОБНИЙ РЕСИНТЕЗ АТФ (Аеробне окислення) Окислення в організмі полягає в відщепленні від окислюваної речовини водню - окремо 2-х протонів і 2-х електронів. Водень відщеплюється ферментами НАД та ФАД. Носіями енергії при цьому є електрони. Для організму важливо: - ефективно використовувати енергію електронів; - не допустити значного підвищення температури.

АЕРОБНЕ ОКИСЛЕННЯ При аеробному окисленні кінцевим акцептором водню є кисень. Щоб вирішити зазначені раніше завдання НАД не передає протони та електрони одразу кисню. Вони проходять через ланцюг проміжних переносників (дихальний ланцюг).

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЕФЕКТ Енергетичний ефект окислення пов'язаний із перенесенням електронів. На кожному етапі перенесення вони втрачають частину енергії. У трьох пунктах перенесення звільняються більші порції енергії: НАД ФАД, b c 1, аа 3 кисень. У цих трьох пунктах звільняється енергія, яка може бути використана організмом для виконання будь-якої роботи. Але не безпосередньо, а через АТФ.

Роль АТФ є безпосереднім джерелом енергії для живих організмів. При розщепленні АТФ звільняється енергія: АТФ - АДФ + Н 3 РО 4 + Енергія Тільки енергія, що звільняється при розщепленні АТФ, може використовуватися живими організмами до виконання всіх видів робіт.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЕФЕКТ 1 Енергія, що звільняється в цих трьох пунктах, використовується на ресинтез АТФ за рівнянням: АДФ + фосфорна кислота + Ен. = АТФ На інші процеси ця енергія не може використовуватися. Перенесення дихального ланцюга пари водень забезпечує ресинтез 3-х молекул АТФ. На це використовується майже 60% енергії, що звільняється Енергія, яка не використовується на синтез АТФ, звільняється у вигляді тепла.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЕФЕКТ 2 У звичайних умовах цього тепла вистачає для підтримки температури тіла. Тобто, корисно використовується практично вся енергія. Але за рахунок тепла роботу виконати не можна. При роботі, коли процеси окиснення прискорюються, тепла звільняється багато і включається терморегуляція.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЕФЕКТ 3 Є непрямі дані, що свідчать про те, що у спортсменів екстра класу, що спеціалізуються в аеробних видах спорту, ефективність аеробного окиснення вища. Перенесення однієї пари водню може забезпечити ресинтез не 3, а 4 молекул АТФ.

Швидкість аеробного окиснення Швидкість аеробного окислення залежить від потреби в енергії, а точніше від концентрації АДФ. Але іноді цей зв'язок порушується.

ВІЛЬНЕ ОКИСЛЕННЯ Вільне окислення – коли енергія, що звільняється при переносі електронів, не використовується на ресинтез АТФ, а звільняється у вигляді тепла. Замість 3-х молекул АТФ може ресинтезуватися 2, 1 чи навіть жодної.

РОЛЬ ВІЛЬНОГО ОКИСЛЕННЯ Вільне окиснення може включатися: - при холодовому впливі на організм; - при необхідності усунути з організму (шляхом розщеплення) якісь небажані для нього речовини. - при несприятливих змінах в організмі, спричинених м'язовою роботою чи іншими причинами.

РОЛЬ ВІЛЬНОГО ОКИСЛЕННЯ 2 При загартовуванні виробляється здатність легко включати вільне окислення, щоб протидіяти холодовому впливу. Під впливом систематичного тренування у видах спорту з великими енерговитратами зв'язок між окисленням та ресинтезом АТФ стає більш міцним, щоб не знижувалась ефективність процесів аеробного окислення.

ЛОКАЛІЗАЦІЯ аеробного окиснення Процес аеробного окислення відбувається всередині клітин у мітохондріях. Кількість мітохондрій під впливом систематичного тренування може зростати.

Переваги та недоліки аеробного ресинтезу АТФ ГІДНОСТІ: Наявність великої кількості субстратів окиснення (вуглеводи, жири, білки). Зручні кінцеві продукти (СО2 та Н2О), які легко усуваються з організму. Висока енергетична ефективність: майже 60% енергії, що звільняється, використовується корисно на ресинтез АТФ.

Недоліки 2 Низька швидкість розгортання та обмежена потужність. Обидва зазначені недоліки аеробного шляху ресинтезу АТФ пов'язані з можливостями споживання, транспорту та використання кисню.

ШВИДКІСТЬ аеробних перетворень залежить: - від потреби в енергії - від кількості та активності ферментів від наявності субстратів окислення Від постачання кисню

Постачання кисню Можливості організму з доставки кисню до працюючих тканин і органів є головним фактором, що обмежує аеробне енергозабезпечення. Доставка кисню до місць використання забезпечується діяльністю дихальної та ССС, системою крові. До доставки кисню має відношення гемоглобін крові та міоглобін, що міститься в тканинах.

ВПЛИВ ТРЕНУВАННЯ Всі органи та системи, що забезпечують споживання, транспорт та використання кисню, піддаються впливу тренування – відбувається їх вдосконалення. Це проявляється у підвищенні максимальної потужності аеробного шляху ресинтезу АТФ. Швидкість розгортання менш значущий показник.

МАКСИМАЛЬНЕ СПОЖИВАННЯ КИСНЮ (МПК) Як показник рівня розвитку аеробного шляху ресинтезу АТФ використовується максимальне споживання кисню – максимальна кількість кисню, яке може споживати та використовувати ту чи іншу людину в одиницю часу при виконанні інтенсивної роботи.

МПК Розрізняють абсолютні та відносні значення МПК. У стані спокою споживання 2 становить 0, 3 -0, 4 л/хв. За виконання інтенсивної роботи МПК збільшується може досягати 3 -4 -5 л/мин. Це абсолютні значення МПК.

ВІДНОСНІ ЗНАЧЕННЯ МПК Якщо дві людини мають однакові значення МПК, на різну масу тіла, у кого вищі аеробні можливості? У того, у кого менша маса тіла. Тому більш інформативні відносні значення МПК – коли кількість споживаного кисню (мл) ділиться на масу тіла (кг).

ВІДНОСНІ ЗНАЧЕННЯ МПК 2 Відносні значення МПК варіюють у різних людей (залежно від віку, статі, стану здоров'я, рівня тренованості, спортивної спеціалізації) від 20 до 85 мл/кг/хв і більше.

ВІДНОСНІ ЗНАЧЕННЯ МПК 3 Можна сміливо сказати, що ємність аеробного шляху ресинтезу АТФ – безмежна. Працює протягом усього життя без упину. Але цікаво не це, а скільки часу аеробний процес може працювати з максимальною або близько максимальною потужністю.

УМОВИ ДОСЯГНЕННЯ МПК МПК досягається при ЧСС 180190 уд/хв. За цих значень ЧСС досягається максимальна серцева продуктивність. Тривалість роботи має бути не менше 2 хвилин.

ЄМНІСТЬ АЕРОБНОГО ШЛЯХУ 2 Нетренована людина на рівні МПК може працювати 6-8 хвилин. Спортсмен екстра класу представник аеробних видів спорту – 30-35 хвилин.

РОЛЬ АЕРОБНОГО ШЛЯХУ ПРИ РОБОТІ Основний механізм енергозабезпечення за будь-якої досить тривалої роботи. «Фоновий» механізм під час роботи змінної інтенсивності. Забезпечує енергією усі відновлювальні процеси.

АНАЕРОБНІ ШЛЯХИ РЕСИНТЕЗУ АТФ Анаеробні процеси компенсують недоліки аеробного: мають високу швидкість розгортання і високу потужність. Але мають невелику ємність. Вони працюють подібно до акумуляторів: «заряджаються» за рахунок аеробного процесу і в потрібний момент віддають енергію.

Креатинфосфатний шлях ресинтезу АТФ У клітинах організму, крім АТФ, є ще одна речовина з багатою енергією на хімічний зв'язок – креатинфосфат (Кр. Ф). Креатинфосфат може розпочинати реакцію з АДФ: Кр. Ф + АДФ Кр + АТФ Цей механізм енергозабезпечення називають також алактатним анаеробним

КРЕАТИНФОСФАТНА РЕАКЦІЯ Це дуже простий за хімічною природою механізм – лише одна реакція. Кр. Ф знаходиться у клітині поруч із місцями освіти АДФ під час роботи. Завдяки цьому креатинфосфатна реакція має унікальні характеристики.

МОЖЛИВОСТІ Кр. Ф-реакції Вона має найбільша швидкість розгортання: максимальної потужності досягає через 1 -3 секунди після початку інтенсивної роботи. Найбільша потужність: максимальна потужність Кр. Ф -реакції в 3 -4 рази вище за максимальну потужність аеробного шляху ресинтезу АТФ і в 1, 5 -2 рази вище за максимальну потужність гліколізу. Завдяки своїм кнікальним характеристикам креатинфосфатна реакція є основою швидкісно-силових якостей. Головним недоліком є ​​обмежена ємність, яка залежить від вмісту креатинфосфатату.

ЄМНІСТЬ Кр. Ф-реакції Працювати з максимальною інтенсивністю можна 6-8 секунд. Через 6-8 секунд Кр. Ф знижується настільки, що швидкість реакції уповільнюється та знижується інтенсивність роботи. Добре треновані спортсмени (спринтери) можуть працювати за рахунок цієї реакції більш тривалий час. Час роботи з максимальною інтенсивністю використовується з метою оцінки ємності Кр. Ф – реакції.

ВПЛИВ ТРЕНУВАННЯ Під впливом цілеспрямованого тренування підвищується швидкість розгортання, потужність та ємність Кр. Ф – реакції. Особливо можна підвищити ємність. У основі лежить збільшення Кр. Ф, яке може підвищитися в 1,5-2 рази.

РОЛЬ ПРИ М'язової діяльності Основний механізм енергозабезпечення у вправах максимальної та близької до максимальної потужності (спринтерський біг, вправи зі штангою). Забезпечує енергією різкі зміни потужності в процесі роботи.

ВІДНОВЛЕННЯ КРЕАТИНФОСФАТУ Після завершення інтенсивної роботи запаси Кр. Ф відновлюються. Це відбувається за рівнянням: Кр+АТФ Кр. Ф + АДФ АТФ, що використовується для ресинтезу Кр. Ф утворюється в ході процесів аеробного окислення, для забезпечення яких потрібна додаткова кількість кисню. Запаси Кр. Ф можуть відновитись за 2 -5 хвилин. При значному зниженні їхнього змісту – за більш тривалий час.

Кисневий борг Надлишок кисню, що споживається в період відновлення після інтенсивної роботи понад рівень спокою.

ГЛІКОЛІЗ Анаеробне розщеплення глікогену або глюкози до утворення молочної кислоти (МК). За рахунок енергії, що звільняється, ресинтезується АТФ. Розщеплення до молочної кислоти 1 молекули глюкози забезпечує ресинтез 2 молекул АТФ, 1 глюкозного залишку глікогену – 3 молекули АТФ.

Гліколіз Гліколіз за своїми можливостями займає проміжне положення між Кр. Фреакцією та аеробним ресинтезом АТФ. Швидкість розгортання гліколізу - 20 -40 секунд Потужність: в 1, 5 -2 рази вище за максимальну потужність аеробного окислення і в 1, 5 -2 рази нижче за потужність Кр. Ф-реакції. Оцінити ємність гліколізу складно, оскільки він не може брати участь у енергозабезпеченні роботи. За непрямими даними – гліколіз може у 5 -7 разів більше енергії, ніж Кр. Ф-реакція.

Місткість гліколізу Місткість гліколізу залежить: - від вмісту глікогену в швидких м'язових волокнах. - від стійкості ферментів (і не лише ферментів) до наповнення молочної кислоти та зміни р. Н – від ємності буферних систем – від вольових якостей.

РОЛЬ ГЛІКОЛІЗУ Найважливіший механізм енергозабезпечення у вправах субмаксимальної потужності. Це вправи тривалістю від 30 до 3 -4 хвилини, за умови, що людина за весь час викладається повністю. Бере участь у енергозабезпеченні більш короткочасних та тривалих вправ. Бере участь в енергозабезпеченні вправ, де є статичний режим діяльності м'язів. Бере участь у енергозабезпеченні повсякденної діяльності.

ВПЛИВ МОЛОЧНОЇ КИСЛОТИ НА ОРГАНІЗМ Зсув нар. Н у кислу сторону. Через зсув нар. Н: - падає активність ферментів - змінюються властивості багатьох білків (зокрема скорочувальних). Викликає осмотичні явища – перехід води усередину м'язових волокон. Відбувається надмірне посилення дихання, що потребує додаткових витрат енергії.

УСУНЕННЯ МОЛОЧНОЇ КИСЛОТИ Молочна кислота практично не усувається в тих волокнах, де утворюється, а надходить у кров. Два основні шляхи: - використання як джерело енергії (серце та інші тканини) - ресинтез в глікоген (у печінці). Ресинтез глікогену з молочної кислоти потребує витрат енергії (як АТФ). Для ресинтезу цього АТФ потрібна додаткова кількість кисню. Цей кисень також включається до кисневого боргу.

Міокіназна реакція АДФ + АДФ АТФ + АМФ Цей механізм називають реакцією крайньої допомоги. Може використовуватися в крайніх випадках. Місткість незначна. Виявляє себе за необхідності усунути надлишки АТФ і початкових етапах м'язової роботи. АМФ – стимулятор аеробного окиснення.

Енергія для м'язового скорочення, біохімічні процеси, що протікають під час м'язової роботи.

Рятівний ресинтез.

Саме, перетворити хімічну енергію (її вільну частину, яка – у фосфатних зв'язках) на механічну – енергію руху (польоту, бігу і ковзання) може лише АТФ. Вона забезпечує енергієюпроцес укорочення спайки, відповідно, скорочення м'яза в цілому (і ще поставляє енергію освіту іонів Са ++ , що у скороченні). Жива клітина постійно підтримує робочу концентрацію АТФ лише на рівні приблизно 0,25 %, зокрема і за інтенсивної м'язової роботі. Якщо (у разі порушень в обміні) відбудеться збільшення концентрації АТФ, то скоротлива здатність м'яза порушиться (вона буде схожа на «ганчірку»), якщо зменшення – настане ригор – стан стійкого скорочення, що не проходить («кам'янення»). Робочої концентрації АТФ вистачає на секунду потужної роботи (3 – 4 одиночні скорочення). Під час тривалої м'язової діяльності робоча концентрація АТФ підтримується за рахунок реакцій щодо її відновлення. З метоюзабезпечення нормальної (тривалої) роботи м'язів у процесі обміну речовин АТФ відновлюється з такою ж швидкістю, з якою вона розщеплюється.

Згадаймо, що розщеплення АТФ – це реакція ферментативного гідролізу, і її можна виразити рівнянням:

АТФ-аза + АТФ + Н 2 О ---> АДФ + Н 3 РВ 4

Енергію на ресинтез АТФ (вона потім виділиться при розщепленні – близько 40 кДж на 1 моль) необхідно одержати з допомогою реакцій, які з вивільненням енергії (катаболических). Тому на клітинному рівні реакція гідролізу АТФ пов'язана з реакціями, що забезпечують ресинтез АТФ. У ході таких реакцій утворюються проміжні макроергічні сполуки, які мають у своєму складі фосфатну групу, яку разом із запасом вільної енергії передають на АДФ. Такі реакції перенесення (передачі «естафетної палички»), які каталізуються ферментами фосфотрансферазами, називають реакціями трансфосфорилування або перефосфорилування. Макроергічні сполуки, необхідні для ресинтезу АТФ, або постійно присутні, наприклад, креатинфосфат (накопичується в симпласті), або утворюються (дифосфогліцеринова кислота, фосфопіровіноградна кислота) в окислювальних (катаболічних) процесах.

Ресинтез АТФ при м'язовій діяльності може здійснюватися двома шляхами: за рахунок реакцій без участі кисню – анаеробних (коли киснева доставка до м'язів не встигає або утруднена) та за рахунок окисних процесів у клітинах (за участю кисню, яким ми дихаємо, і який спортсмен прискорено) при навантаженнях, та у початковій фазі відпочинку).

У скелетних м'язах людини виявлено три види анаеробних процесів, у ході яких здійснюється ресинтез АТФ:

- креатинфосфокіназна реакція (фосфогенний або алактатний анаеробний процес), де ресинтез АТФ відбувається за рахунок перефосфорилювання між креатинфосфатом та АДФ;

- гліколіз (Лактацидний анаеробний процес), де ресинтез АТФ здійснюється по ходу ферментативного анаеробного розщеплення вуглеводів, що закінчується утворенням молочної кислоти.

- міокіназна реакція , за якої ресинтез АТФ здійснюється за рахунок дефосфорилювання певної частини АДФ;

Для порівняння та кількісної оцінки процесів різних видів перетворення енергії при м'язовій діяльності використовують три основні критерії:

- критерій потужності –показує швидкість перетворення енергії у цьому процесі (вправі);

- критерій ємності –відображає загальні запаси енергетичних речовин (вимірюється кількістю звільненої енергії та виконаної роботи);

- критерій ефективності –характеризує співвідношення між енергією, витраченою на ресинтез АТФ, та загальною кількістю енергії, виділеної в ході цього процесу (вправи).

Процеси перетворення енергії, анаеробні та аеробні, різняться по потужності, ємності та ефективності. Анаеробні процеси переважають під час короткочасних вправ високої інтенсивності, аеробні – за тривалої роботі помірної інтенсивності.

Креатинфосфокіназна реакція ресинтезу АТФ. (Режим "гепард").

Креатинфосфат (КрФ) у м'язах прикріплений до скоротливих білків міофібрил або пов'язаний з мембранами ЕПР. А зі скоротливим білком актином пов'язаний фермент креатинфосфокіназу (КФК), який каталізує реакцію ресинтезу АТФ шляхом перефосфорилювання між КрФ та АДФ:

КрФ + АДФ ↔ АТФ + Креатин

Ця реакція ресинтезу АТФ(під кодовою назвою) – креатинфосфокіназнавключається в момент початку м'язової роботи і досягає максимуму швидкості вже до 2 секунди роботи, оскільки реагенти, АДФ і КрФ, локалізовані в міофібрил близько один від одного. З максимальною швидкістю КрФ-реакція протікає доти, доки значно не знизиться концентрація КрФ. АТФ і запаси КрФ (його в 3 рази більше, ніж АТФ) забезпечують у ході КрФ-реакції підтримку зусиль максимальної потужності протягом 10 - 15 сек (якраз, щоб гепард встиг наздогнати антилопу, що зазівалася).

Максимальну активність фермент КФК має в слаболужному середовищі, при значному зниженні внутрішньоклітинного рН (закисленні середовища) – інгібується. Активують креатинфосфокіназу іони Са++, які вивільняються при утворенні спайки у процесі м'язового скорочення.

Встановлено, що максимальна креатинфосфокіназна (означає, за рахунок КрФ-реакції) потужність вправи становить близько 3,80 кДж/кг ваги тіла за хвилину (а скільки це в кілограмах штанги, цікаво?). Інтенсивність та (або) величина м'язової напруги прямо пропорційно впливають на швидкість розщеплення КрФ у працюючих м'язах. За потужного зусилля швидкість КФК реакції у перші секунди дуже висока. Коли запаси КрФ у м'язах знижуються приблизно на 1/3 (через 5 – 6 сек), швидкість креатинфосфокіназної реакції зменшується, і ресинтез АТФ починають забезпечувати інші процеси – гліколіз та дихання. Зі збільшенням тривалості вправи (роботи) приблизно до 30 секунди швидкість КрФ-реакції зменшується вдвічі, через 3 хвилини вона «падає» до 1,5% від початкового значення. (І, якщо гепард не впіймав антилопу за свої спринтерські 10 – 15 секунд, то припиняє безнадійну гонитву за несостоявшейся жертвою, витривалішою: гліколітично та аеробно, і зупиняється віддихатися – відновитися).

Креатинфосфокіназна реакція легко оборотна і відновлення запасів КрФ відбувається швидко (звісно, ​​якщо неушкодженими залишилися вихідні компоненти). Коли потужне навантаження припиняється надлишок АТФ, посилює реакцію ресинтезу запасів КрФ до вихідного рівня. У ході тривалого помірного навантаження в аеробних умовах (довгі дистанції) КрФ також частково відновлюється (так що і на фінішний ривок може вистачити).

Креатинфосфокіназна реакція переважає в енергетичному забезпеченні працюючих м'язів при виконанні короткочасних вправ максимальної потужності: біг на короткі дистанції, стрибки, метання, кидки, важкоатлетичні вправи і т. п. КрФ-реакція створює можливість швидкого переходу від спокою до роботи. змінах темпу забезпечує можливість фінішного прискорення (і, у разі необхідності, дає можливість швидко втекти або наздогнати – в режимі «гепард»). Звідси висновок: креатинфосфокіназна реакція забезпечує локальну м'язову витривалість.

Ресинтез АТФ у гліколітичному процесі. Режим "антилопу".

Під час креатинфосфокіназної реакції збільшується концентрація вільної АДФ у міофібрилах під час роботи м'язів. Цей фактор відіграє роль ініціатора ресинтезу АТФ за рахунок анаеробного гліколізу, що свідчить про зниження запасів креатинфосфату. У процесі гліколізу внутрішньом'язові запаси глікогену та глюкоза, що надходить у клітини з крові, ферментативно розщеплюються до молочної кислоти. При цьому активація ферментів фосфорилази та гексокінази, що каталізують реакції гліколізу, здійснюється при підвищенні концентрації АДФ та неорганічного фосфату у саркоплазмі. Іони Са 2++, що звільняються в ході м'язової роботи, також сприяють швидкому включенню гліколізу в процес ресинтезу АТФ.

Максимальна потужність гліколізу менша, ніж потужність креатинфосфокіназної реакції, але в 2 – 3 рази вища за потужність аеробного процесу. До кінця 1-ї хвилини фізичного навантаження анаеробний гліколіз - це вже основне джерело АТФ, що ресинтезується. Максимальна швидкість гліколізу відзначається на 20 – 30 секунді після початку роботи. Зі збільшенням часу виконання роботи запаси м'язового глікогену відносно швидко витрачаються, до того ж знижується активність гліколітичних ферментів. Збільшення концентрації молочної кислоти (гліколітичного метаболіту) уповільнює гліколіз, до 15-ї хвилини після початку роботи його швидкість зменшується вдвічі.

Гліколітичний режим вправизнаходиться в інтервалі від 30 секунд до 2,5 хвилин та забезпечується запасами вуглеводів (глікогену), можливостями буферних систем. Пов'язаний із цим потенціалом параметр називають – м етаболічна ємність гліколізу . Місткість гліколізу більш ніж у 10 разів (тобто на порядок) більша за ємність КрФ-реакції. При цьому процес гліколізу не є високоефективним, так як при анаеробному розщепленні глюкози (до молочної кислоти) вивільняється лише десята частина енергії, решта може бути вилучена шляхом аеробного доокислення. З цієї енергії, що виділилася, в доступну для використання форму - в макроергічні фосфатні зв'язки АТФ, перетворюється тільки частина, звідси метаболічна ефективність гліколізу має к.п.д. від 0,35 - 0,52. У процесі анаеробного гліколізу приблизно половина всієї енергії, що виділяється, перетворюється на тепло. Температура у працюючих м'язах (а чи не в усьому тілі) підвищується до 41 – 42°С.

Освіта 1 моля молочної кислоти при гліколізі відповідає ресинтезу від 1,0 до 1,5 моля АТФ. "Вихід" молочної кислоти при анаеробній роботі знаходиться в прямій залежності від потужності та загальної тривалості вправи, але накопичення молочної кислоти викликає зміну концентрації водневих іонів у внутрішньоклітинному середовищі організму. Помірне зрушення рН у кислу сторону активує роботу ферментів дихального циклу в мітохондріях, а значний зсув навпаки – веде до інактивації (пригнічення) ферментів, що регулюють скорочення м'язів та швидкість анаеробного ресинтезу АТФ.

Збільшення кількості молочної кислоти в саркоплазматичному просторі м'язів викликає зміну осмотичного тиску: вода з міжклітинного середовища надходить усередину м'язових волокон, викликаючи їх набухання та ригідність. Значні зміни осмотичного тиску у м'язах – причина больових відчуттів.

Молочна кислота легко дифундує через клітинні мембрани за градієнтом концентрації. Вступаючи з працюючих м'язів у кров, вона вступає у взаємодію з бікарбонатною буферною системою, що призводить до виділення «неметаболічного» надлишку СО 2 .

Зменшення рН (збільшення концентрації водневих іонів) та підвищення виходу СО 2 метаболічним шляхом активують дихальний центр: вихід молочної кислоти в кров різко посилює легеневу вентиляцію і, відповідно, постачання кисню до м'язів, що працюють. Накопичення молочної кислоти, поява надлишкового СО 2 зміна рН і гіпервентиляція легень відображають посилення гліколізу в м'язах і, зазвичай, виявляються вже при інтенсивності виконуваної вправи близько 50% від максимальної аеробної потужності. Цей рівень навантаження позначається як «поріг анаеробного обміну».

Гліколітичне енергозабезпечення м'язів – гліколіз відіграє важливу роль при напруженій м'язовій діяльності в умовах неадекватного (не відповідно до потреб) постачання тканин киснем. Гліколіз служить біохімічною основою швидкісної витривалості: він є переважним джерелом енергії у вправах, гранична тривалість яких становить від 30 секунд до 2,5 хв (біг на середні дистанції, плавання на 100 та 200 м, велосипедні перегони на треку тощо) ; за рахунок гліколізу відбуваються тривалі прискорення по ходу вправи та на фініші дистанції. (Антилопі швидкісна витривалість рятує життя).

Ресинтез АТФ у аеробному процесі. Режим «кінь».

Аеробний механізм ресинтезу АТФ відрізняється найбільшою продуктивністю: у звичайних умовах на його частку припадає близько 90% від загальної кількості АТФ, що ресинтезується в організмі. Ферментні системи аеробного обміну розташовані в основному в мітохондріях клітин. Окислення може протікати по субстратному циклу (водень від метаболітів відщеплюється та акцептується НАД або ФАД) – первинне окислення та інтермедіаторному циклу (водень, акцептований НАД та ФАД у реакціях його відщеплення – дегідрогенізація, через систему дихальних ферментів передається на систему дихальних ферментів) – це термінальне окиснення.

Інтенсивне дихання продовжується до тих пір, поки організм відчуває потребу в енергії для виконання роботи (можете перевірити досвідченим шляхом). Коли ця потреба задоволена, і більшість АДФ перетворено на АТФ, встановлюється дихальний контроль. Співвідношення АТФ та АДФ чітко регулює функціонування ланцюга перенесення електронів (і протонів) відповідно до енергетичних потреб клітини.

Ефективність процесу окисного фосфорилювання оцінюється за величиною відношення неорганічного фосфату (пов'язаного при синтезі АТФ) до поглиненого кисню (Коефіцієнт Р/0). Загалом, при перенесенні двох атомів водню по дихальному ланцюгу від субстратів, що віддають свої електрони НАД, утворюється 3 моля АТФ, а при окисленні інших субстратів, які віддають свої електрони в дихальний ланцюг за участю флавопротеїдів, – лише 2. Наприклад, при окисленні аскорбінової кислоти, що відбувається за участю цитохрому С в обхід двох перших етапів сполучення, синтезується 1 моль АТФ.

Стан мітохондріальної мембрани та активність ферментів дихального ланцюга схильні до дії роз'єднуючих факторів, які можуть блокувати утворення АТФ при перенесенні електронів на кисень Роз'єднувальну дію на процес окисного фосфорилювання в мітохондріях скелетних м'язів надають гормон щитовидної залози тироксин, ненасичені жирні кислоти, молочна кислота (при високій концентрації) і деякі специфічні отрути (дінітрофенол, пентахлорфенол, саліциланіліди, олигомицин). Під дією цих агентів прискорюється перенесення електронів, але АТФ при цьому не утворюється, енергія окислення, що звільняється, розсіюється у вигляді тепла (так і спалахнути можна «факелом»).

Поряд із звичайним шляхом окислення субстратів на внутрішній мембрані існує також шлях окислення, локалізований на зовнішній мембрані, в якому беруть участь цитохром і цитохромоксидаза. Активація цього шляху призводить до швидкого окислення позамітохондріального НАД-Н, але він не пов'язаний із синтезом АТФ та веде до розсіювання енергії у вигляді тепла. Цей шлях використовується як буферна система, що підтримує необхідну концентрацію окисленої форми НАД в саркоплазмі і усуває надлишок молочної кислоти, що утворюється при гліколізі.

Через зазначені причини теоретично можлива величина Р/0 практично ніколи не досягається в напружено функціонуючій клітині, де використовуються різні шляхи окислення і присутні фактори, що володіють роз'єднуючою дією.

При якісній оцінці ефективності окислювального фосфорилювання враховують, що в процесі окислення 1 молячи НАД-Н вивільняється близько 222 кДж енергії, тоді як на утворення 3 молей АТФ витрачається близько 125 кДж. Отже, ефективність використання хімічної енергії окиснення синтезу АТФ становить 125/222=56%. Оскільки реальних умовах значення коефіцієнта Р/0 рідко перевищує 2,5, ефективність аеробного перетворення енергії можна прийняти рівної 50%.

Загальний вихід енергії при аеробному процесі більш ніж у 10 разів перевищує зміну вільної енергії при гліколітичному розпаді вуглеводів в анаеробних умовах. Ефективність перетворення енергії у аеробних умовах становить 55-60%.

Як субстрати аеробних перетворень у працюючих м'язах можуть бути використані не тільки внутрішньом'язові запаси глікогену, але і позам'язові резерви вуглеводів (наприклад, глікоген печінки), жирів, а в окремих випадках і білків. Тому сумарна ємність аеробного процесудуже велика і важко піддається точній оцінці. На відміну від гліколізу, метаболічна ємність якого значною мірою обмежується змінами гомеостазу внаслідок накопичення надлишку молочної кислоти, організмі, кінцеві продукти аеробних перетворень – СО 2 і Н 2 Про – не викликають будь-яких значних змін внутрішнього середовища і легко видаляються з організму.

Утворення 1 моля АТФ у процесі окисного фосфорилювання еквівалентно споживання 3,45 л Про 2 . Стільки ж кисню у спокої споживається протягом 10 – 15 хв, а за напруженої м'язової діяльності (наприклад, під час бігу на марафонську дистанцію) за 1 хв. Однак у самих м'язах, що працюють, запаси кисню вкрай невеликі. Невелика його кількість знаходиться у розчиненому стані у внутрішньоклітинній плазмі та у зв'язаному стані з міоглобіном м'язів. Основна кількість кисню, споживаного в м'язах для ресинтезу АТФ, доставляється у тканини через систему легеневого дихання і кровообігу.

Кисень надходить у клітини шляхом дифузії. Підтримка критичної напругиПро 2 на зовнішній клітинній мембрані незалежно від змін швидкості витрати кисню в тканинах здійснює складна система регуляції, в яку поряд із внутрішньоклітинними механізмами метаболічного контролю входять також нервова та гормональна регуляція зовнішнього дихання, центрального та периферичного кровообігу.

Максимальна потужність аеробного процесу однаковою мірою залежить як від швидкості утилізації Про 2 в клітинах (а вона, у свою чергу, від загальної кількості мітохондрій у клітині, кількості та активності ферментів аеробного окислення), так і від швидкості постачання О 2 у тканині. Потужність аеробного енергоутворення оцінюється за величиною максимального споживання кисню (МПК), доступного під час м'язової роботи. У спортсменів ця величина становить 5,5 – 6 л/хв, вона відбиває швидкість споживання Про 2 у працюючих м'язах. На скелетні м'язи припадає більшість активної маси тіла, і, з метою порівняння аеробних здібностей, величини МПК зазвичай виражають у відносних одиницях – для 1 кг ваги тіла. У молодих людей, які не займаються спортом, величина МПК становить 40 - 45 мл/кг-хв. -мін).

Найбільша кількість мітохондрій, кількість і активність ферментів дихального циклу відзначені в червоних м'язових волокнах, що повільно скорочуються. Чим вище відсоток вмісту таких волокон у м'язах, що несуть навантаження при виконанні вправи, тим більша максимальна аеробна потужність у спортсменів і тим вище рівень їх досягнень у тривалих вправах.

Ресинтез АТФ у міокіназній реакції. Режим «загнаний кінь» .

Міокіназна (або аденілаткіназна) реакція відбувається у м'язах при значному збільшенні концентрації АДФ у саркоплазмі:

аденілаткіназу АДФ + АДФ →> АТФ + АМФ

Така ситуація виникає при вираженій втомі м'язів, коли швидкість процесів, що беруть участь в ресинтезі АТФ, не врівноважує швидкості розщеплення АТФ. З цієї точки зору, міокіназну реакцію можна розглядати як аварійний механізм, що забезпечує ресинтез АТФ в умовах, коли його неможливо здійснити іншими способами.

При посиленні міокіназної реакції частина АМФ, що утворюється, незворотно дезамінується, переходячи в інозинову кислоту, і таким чином виводиться зі сфери енергетичного обміну. Це вкрай не вигідно для організму, оскільки дезамінування АМФ призводить до зменшення загальних запасів АТФ у м'язах. (Можна так дезамінувати, що відновлювати буде нічого і нема з чого, як «загнаного» коня). Однак, виявлено, деяке збільшення концентрації АМФ в саркоплазмі при міокіназній реакції активує вплив на ферменти гліколізу (зокрема, на фосфофруктокіназу) і цим сприяє підвищенню швидкості анаеробного ресинтезу АТФ. З цих позицій міокіназну реакцію розглядають як своєрідний метаболічний підсилювач, що сприяє передачі сигналу від АТФ-ази міофібрил на АТФ-синтезуючі системи клітини.

Міокіназна реакція, як і креатинфосфокіназна, легко оборотна і може бути використана для буферування різких перепадів у швидкості утворення та використання АТФ. У разі появи в клітині надлишків АТФ вони швидко усуваються через міокіназну реакцію (це відноситься і до АТФ, що штучно вводиться).

Співвідношення процесів аеробного та анаеробного ресинтезу АТФ у вправах різної потужності та тривалості.

Як випливає з наведених характеристик процесів аеробного та анаеробного ресинтезу АТФ, у динаміці енергоутворення при м'язовій роботі простежується чітка закономірність. З початком роботи та в перші секунди її виконання переважне значення в енергетиці вправи має ресинтез АТФ у креатинфосфокіназної реакції. У міру вичерпання ємності алактатного резерву в працюючих м'язах дедалі більшу роль починає відігравати анаеробний гліколіз. Найбільшої потужності він досягає в інтервалі часу роботи від 20 до 2,5 хв. Але при значному накопиченні молочної кислоти та посиленні доставки О 2 до працюючих м'язів швидкість його поступово зменшується, і до 2 - 3-й хвилині роботи роль основного постачальника енергії бере на себе аеробний процес, що здійснюється в мітохондріях клітин.

Найбільша потужність алактатного анаеробного процесу, що становить суму реакцій розщеплення АТФ та креатинфосфату, досягається у вправах максимальної інтенсивності, тривалістю 5 – 10 сек. У більш тривалих вправах ця потужність швидко знижується, і в вправах, що займають більше 3 хв, алактатний анаеробний процес вже не відіграє істотної ролі.

Найбільша потужність енергоутворення в процесі анаеробного гліколізу досягається в вправах з граничною тривалістю від 20 до 40 с, потім також знижується, і в вправах, що тривають більше 6 - 7 хв, становить близько 1/10 максимальної потужності цього анаеробного процесу.

Швидкість процесів аеробної освіти енергії швидко зростає зі збільшенням тривалості вправ до 5 – 6 хв і мало змінюється за більшої тривалості. Відповідно швидкість загальної енергопродукції непропорційно висока при короткочасних вправах, але різко знижується зі збільшенням тривалості роботи. За виконання вправи понад 10 хв зміни загальної енергопродукції цілком визначаються швидкістю аеробного освіти енергії. Відносна частка участі процесів аеробного та анаеробного ресинтезу АТФ в енергетиці різних вправ: біг 42195 – 5000 м – аеробна робота; біг 3000 - 1000 м - змішана робота; біг 800 - 100 м - анаеробна. У спортивній практиці вправи, у яких загальна частка участі алактатного та гліколітичного анаеробних процесів становить понад 60% від енергетичного запиту, зазвичай позначають як вправи анаеробногохарактеру. Тривалі вправи, де відносна частка участі аеробного процесу у витратах енергії перевищує 70%, називають вправами аеробногохарактеру. До проміжних відносяться вправи змішаного типу енергозабезпечення, де аеробні та анаеробні процеси мають приблизно рівне значення. До цих вправ відноситься біг на дистанції від 1000 до 3000 м-коду.

Співвідношення за потужністю та ємністю енергозабезпечення різних режимів ресинтезу АТФ

І це ще не все.За темою лекції №4 на лабораторних, практичних заняттях студенти вивчають такі питання:

1. Перетворення у циклі трикарбонових кислот.

2. Реакції окисного фосфорилювання, пов'язані з перенесенням електронів дихальним ланцюгом.

Кількісні критерії шляхів ресинтезу АТФ. Аеробний шлях ресинтезу АТФ. Анаеробні шляхи ресинтезу АТФ. Співвідношення між різними шляхами ресинтезу АТФ під час м'язової роботи.

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

Лекція 8. Тема: ЕНЕРГЕТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ М'язового скорочення.

Запитання:

1. Кількісні критерії шляхів ресинтезу АТФ.

4. Співвідношення між різними шляхами ресинтезу АТФ під час м'язової роботи. Зони відносної потужності м'язової роботи.

Тема: Біохімічні рухи при м'язовій роботі.

Запитання:

1. Основні механізми нервово-гуморальної регуляції м'язової діяльності.

2. Біохімічні зміни у скелетних м'язах.

3. Біохімічні зрушення в головному мозку та міокарді.

4. Біохімічні зміни у печінці.

5. Біохімічні зрушення у крові.

6. Біохімічні зрушення у сечі.

1. Кількісні критерії шляхів ресинтезу АТФ.

Скорочення та розслаблення м'яза потребують енергії, яка утворюється пригідроліз молекул АТФ.

Проте запаси АТФ у м'язі незначні, їх достатньо роботи м'язи протягом 2 секунд. Утворення АТФ у м'язах називаєтьсяресинтез АТФ.

Таким чином, у м'язах йде два паралельні процеси - гідроліз АТФ і ресинтез АТФ.

Ресинтез АТФ на відміну гідролізу може протікати різними шляхами, а всього, залежно від джерела енергії, їх виділяють три: аеробний (основний), креатинфосфатний і лактатний.

Для кількісної характеристики різних шляхів ресинтезу АТФзазвичай використовують кілька критеріїв.

1. Максимальна потужність або максимальна швидкість |це найбільша кількість АТФ, яка може утворитися в одиницю часу за рахунок цього шляху ресинтезу. Вимірюється максимальна потужність у калоріях або джоулях, виходячи з того, що один ммоль АТФ відповідає фізіологічним умовам приблизно 12 кал або 50 Дж. Тому даний критерій має розмірність кал/хв-кг м'язової тканини або Дж/хв-кг м'язової тканини.

2. Час розгортанняЦе мінімальний час, необхідний для виходу ресинтезу АТФ на свою найбільшу швидкість, тобто для досягнення максимальної потужності. Цей критерій вимірюється у одиницях часу.

3. Час збереження або підтримання максимальної потужності |це найбільший час функціонування цього шляху ресинтезу АТФ із максимальною потужністю.

4. Метаболічна ємність |це загальна кількість АТФ, яка може утворитися під час м'язової роботи за рахунок цього шляху ресинтезу АТФ.

Залежно від споживання киснюшляхи ресинтезу діляться на аеробні та анаеробні.

2. Аеробний шлях ресинтезу АТФ.

Аеробний шлях ресинтезу АТФінакше називаєтьсятканинним диханням |це основний спосіб утворення АТФ, що протікає в мітохондріях м'язових клітин. У ході тканинного дихання від речовини, що окислюється, віднімаються два атоми водню і по дихальному ланцюгу передаються на молекулярний кисень, що доставляється в м'язи кров'ю, в результаті чого виникає вода. За рахунок енергії, що виділяється при освіті води, відбувається синтез молекул АТФ з АДФ та фосфорної кислоти. Зазвичай на кожну молекулу води, що утворилася, доводиться синтез трьох молекул АТФ.

Найчастіше водень віднімається від проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот (ЦТК). ЦТК - це завершальний етап катаболізму в ході якого відбувається окислення ацетилкоферменту А до вуглекислого газу та води. У ході цього процесу від перерахованих вище кислот забирається чотири пари атомів водню і тому утворюється 12 молекул АТФ при окисленні однієї молекули ацетилкоферменту А.

Ацетилкофермент А може утворюватися з вуглеводів, жирів амінокислот, тобто через це з'єднання в ЦТК залучаються вуглеводи, жири і амінокислоти.

Швидкість аеробного обміну АТФ контролюється вмістом у м'язових клітинах A ДФ який є активатором ферментів тканинного дихання. При м'язовій роботі відбувається накопичення A ДФ. Надлишок A ДФ прискорює тканинне дихання, і може досягти максимальної інтенсивності.

Іншим активатором ресинтезу АТФ є вуглекислий газ. Надлишок цього газу в крові активує дихальний центр головного мозку, що в результаті призводить до підвищення швидкості кровообігу та покращення постачання м'яза киснем.

Максимальна потужністьаеробного шляху становить 350-450 кал/хв-кг. У порівнянні з анаеробними шляхами ресинтезу АТФ тканинне дихання має нижчі показники, що обмежено швидкістю доставки кисню в м'язи. Тому за рахунок аеробного шляху ресинтезу АТФ можуть здійснюватись лише фізичні навантаження помірної потужності.

Час розгортаннястановить 3…4 хвилини, але у добре тренованих спортсменів може становити 1 хв. Це з тим, що у доставку кисню в мітохондрії потрібно перебудова майже всіх систем організму.

Час роботи з максимальною потужністюскладає десятки хвилин. Це дає можливість використовувати цей шлях при тривалій роботі м'язів.

Порівняно з іншими процесами ресинтезу АТФ аеробний шлях, що йдуть у м'язових клітинах, має ряд переваг.

1. Економічність: з однієї молекули глікогену утворюється 39 молекул АТФ, при анаеробному гліколізі лише 3 молекули.

2. Універсальність як початкові субстрати тут виступають різноманітні речовини: вуглеводи, жирні кислоти, кетонові тіла, амінокислоти.

3. Дуже велика тривалість роботи. У спокої швидкість аеробного ресинтезу АТФ може бути невеликою, але за фізичних навантажень вона може стати максимальною.

Проте є недоліки.

1. Обов'язкове споживання кисню, що обмежене швидкістю доставки кисню в м'язи та швидкістю проникнення кисню через мембрану мітохондрій.

2. Великий час розгортання.

3. Невелику за максимальною величиною потужність.

Тому м'язова діяльність, властива більшості видів спорту, може бути повністю отримана цим шляхом ресинтезу АТФ.

У спортивній практиці для оцінки аеробного ресинтезу використовуються такі показники:максимальне споживання кисню (МПК), поріг аеробного обміну (ПАТ), поріг анаеробного обміну (ПАНО) та кисневий прихід.

МПК це максимально можлива швидкість споживання кисню організмом під час виконання фізичної роботи. Що МПК, то вище швидкість тканинного дихання. Чим тренованіша людина, тим вища МПК. МПК зазвичай розраховують на 1кг маси тіла. У людей, які не займаються спортом МПК 50 мл/хв-кг, а у тренованих людей він сягає 90 мл/хв-кг.

У спортивній практиці МПК також використовується для характеристики відносної потужності аеробної роботи, що виражається у відсотках МПК. Наприклад, відносна потужність роботи, що виконується із споживанням кисню 3 л/хв спортсменом, що має МПК 6 л/хв, становитиме 50% від рівня МПК.

ПАТ ¦ це найбільша відносна потужність роботи, що вимірюється по споживанню кисню у відсотках по відношенню до МПК. Великі величини ПАТ говорять про найкращий розвиток аеробного ресинтезу.

ПАНО | це мінімальна відносна потужність роботи, також виміряна за споживанням кисню у відсотках по відношенню до МПК. Високе ПАНО говорить про те, що аеробний ресинтез вищий за одиницю часу, тому гліколіз включається при значно більших навантаженнях.

Кисневий прихідце кількість кисню (понад доробочого рівня), використане під час виконання даного навантаження для забезпечення аеробного ресинтезу АТФ. Киснева парафія характеризує внесок тканинного дихання в енергозабезпечення всієї виконаної роботи. Кисневий прихід часто використовують для оцінки всієї виконаної аеробної роботи.

Під впливом систематичних тренувань у м'язових клітинах зростає кількість мітохондрій, удосконалюється киснево-транспортна функція організму, зросте кількість міоглобіну у м'язах та гемоглобіну в крові.

3. Анаеробні шляхи ресинтезу АТФ.

Анаеробні шляхи ресинтезу АТФ¦ це додаткові шляхи. Таких шляхів два креатинфосфатний шлях та лактатний.

Креатинфосфатний шляхпов'язаний з речовиноюкреатинфосфатом. Креатинфосфат складається з речовини креатину, яка зв'язується з фосфатною групою макроергічного зв'язку. Креатинфосфату в м'язових клітинах міститься у спокої 15×20 ммоль/кг.

Креатинфосфат має великий запас енергії і високу спорідненість з АДФ. Тому він легко вступає у взаємодію з молекулами АДФ, що з'являються в м'язових клітинах при фізичній роботі внаслідок реакції гідролізу АТФ. В ході цієї реакції залишок фосфорної кислоти із запасом енергії переноситься з креатинфосфату на молекулу АДФ з утворенням креатину та АТФ.

Креатинфосфат+АДФ → креатин+АТФ.

Ця реакція каталізується ферментомкреатинкіназою . Цей шлях ресинтезу АТФ іноді називають креатикіназним.

Креатинкиназная реакція оборотна, але зміщена у бік утворення АТФ. Тому вона починає здійснюватися, як тільки у м'язах з'являються перші молекули АДФ.

Креатинфосфат - речовина неміцна. Утворення з нього креатину відбувається без ферментів. Не використовується організмом креатин, виводиться з організму із сечею. У чоловіків виділення креатиніну із сечею коливається в межах 18-32 мг/добу.. кг маси тіла, а у жінок 10-25 мг/добу. кг (це є кріатиніновий коефіцієнт). Синтез креатинфосфату відбувається під час відпочинку надлишку АТФ. При роботі м'язової помірної потужності запаси креатинфосфату можуть частково відновлюватися. Запаси АТФ та креатинфосфату в м'язах називають такожфосфагени.

Максимальна потужністьцього шляху становить 900 -1100 кал/хв-кг, що втричі вище за відповідний показник аеробного шляху.

Час розгортаннявсього 1? 2 сек.

Час роботи з максимальною швидкістювсього лише 8? 10 сек.

Головною перевагою креатинфосфатного шляху утворення АТФ є

• мале час розгортання (1-2 сек);
• Висока потужність.

Ця реакція є основним джерелом енергії для вправ максимальної потужності: біг на короткі дистанції, стрибки метання, підйом штанги. Ця реакція може неодноразово включатися під час виконання фізичних вправ, що уможливлює швидке підвищення потужності виконуваної роботи.

Біохімічна оцінка стану цього шляху ресинтезу АТФ зазвичай проводиться двома показниками: креатинового коефіцієнта та алактатного боргу.

Креатиновий коефіцієнт |це виділення креатину на добу. Цей показник характеризує запаси креатинфосфату в організмі.

Алактатний кисневий боргЦе підвищення споживання кисню в найближчі 4…5 хв, після виконання короткочасної вправи максимальної потужності.Цей надлишок кисню потрібний для забезпечення високої швидкості тканинного дихання відразу після закінчення навантаження для створення в клітинах м'язів підвищеної концентрації АТФ. У висококваліфікованих спортсменів значення алактатного боргу після виконання навантажень максимальної потужності становить 8…10 літрів.

Гліколітичний шляхресинтезу АТФ , як і креатинфосфатний є анаеробним шляхом. Джерелом енергії, необхідної для ресинтезу АТФ у разі є м'язовий глікоген. При анаеробному розпаді глікогену від його молекули під дією ферменту фосфорилази послідовно відщеплюються кінцеві залишки глюкози у формі глюкозо-1-фосфату. Далі молекули глюєзо-1-фосфату після ряду послідовних реакцій перетворюються намолочну кислоту.Цей процес називаєтьсягліколіз. В результаті гліколізу утворюються проміжні продукти, що містять фосфатні групи, з'єднані макроергічні зв'язки. Цей зв'язок легко переноситься на АДФ із утворенням АТФ. У спокої реакції гліколізу протікають повільно, але при м'язовій роботі його швидкість може зрости в 2000 разів, причому вже в передстартовому стані.

Максимальна потужність750 850 кал/хв-кг, що вдвічі вище, ніж при тканинному диханні. Така висока потужність пояснюється вмістом у клітинах великого запасу глікогену та наявністю механізму активізації ключових ферментів.

Час розгортання 20-30 секунд.

Час роботи з максимальною потужністю | 2-3 хвилини.

Гліколітичний спосіб утворення АТФ маєнизка переваг перед аеробним шляхом:

• він швидше виходить на максимальну потужність,
• має більш високу величину максимальної потужності,
• не вимагає участі мітохондрій та кисню.

Однак цей шлях має і своїнедоліки:

• процес малоекономічний,
• накопичення молочної кислоти у м'язах істотно порушує їх нормальне функціонування та сприяє втомі м'яза.

Загальний результат гліколізу може бути представлений у вигляді наступних рівнянь:

З 6 Н 12 Про 6 + АДФ + 2 Н 3 РО 4 З 3 Н 6 Про 3 + 2 АТФ + 2 Н 2 О;

Глюкоза молочна

Кислота

[ C 6 Н 10 О 5 ] n + 3 АДФ + 3 Н 3 РО 4 С 3 Н 6 О 3 + [ C 6 Н 10 О 5 ] n _ 1 + 3 АТФ + 2 Н 2 О

Глікоген Молочна

Кислота

Схема анаеробного та аеробного гліколізу

Для оцінки гліколізу використовують дві біохімічні методики. – вимірювання концентрації лактату в крові, вимірювання водневого показника крові та визначення лужного резерву крові.

Визначають також вміст лактату в сечі. Це дає інформацію про сумарний вклад гліколізу у забезпечення енергією вправ, виконаних під час тренування.

Ще одним важливим показником єлактатний кисневий борг.Лактатний кисневий борг – це підвищене споживання кисню в найближчі 1 – 1,5 години після закінчення м'язової роботи. Цей надлишок кисню необхідний усунення молочної кислоти, що утворилася під час виконання м'язової роботи. У добре тренованих спортсменів кисневий борг становить 20…22 л. За величиною лактаного боргу судять про можливості даного спортсмена за навантаження субмаксимальної потужності.

4. Співвідношення між різними шляхами ресинтезу АТФ під час м'язової роботи. Зони відносної потужності м'язової роботи.

За будь-якої м'язової роботи функціонують усі три шляхи ресинтезу АТФ, але включаються вони послідовно.У перші секунди роботи ресинтез АТФ йде за рахунок креатинфосфатної реакції, потім включається гліколіз і, нарешті, у міру продовження роботи на зміну гліколізу надходить тканинне дихання.

Конкретний внесок кожного з механізмів утворення АТФ у енергетичне забезпечення м'язових рухів залежить від інтенсивності та тривалості фізичних навантажень.

При короткочасній, але дуже інтенсивній роботі (наприклад, бігу на 100 м) головним джерелом АТФ є креатинкіназна реакція. При більш тривалої інтенсивної роботі (наприклад середні дистанції) більшість АТФ утворюється з допомогою гліколізу. При виконанні вправ великої тривалості, але помірної потужності енергозабезпечення м'язів здійснюється переважно за рахунок аеробного окислення.

В даний час прийнято різні класифікації потужності м'язової роботи. У спортивній біохімії найчастіше використовується класифікація, що базується на тому, що потужність обумовлена ​​співвідношенням між трьома основними шляхами ресинтезу АТФ. Відповідно до цієї класифікації виділяютьчотири зони відносної потужності м'язової роботи:максимальної, субмаксимальної, великої та помірної.

Максимальна потужністьможе розвиватися при роботі тривалістю 15?20 сек. Основне джерело АТФ при цій роботі - креатинфосфат. Тільки наприкінці креатинкиназная реакція замінюється гліколізом. Прикладом фізичних вправ, що виконуються в зоні максимальної потужності, є біг на короткі дистанції, стрибки в довжину та висоту, деякі гімнастичні вправи, підйом штанги та інші. Максимальну потужність при цих вправах позначають якмаксимальну анаеробну потужність.

Робота у зоні субмаксимальної аеробної потужностімає тривалість до 5 хвилин. Провідний механізм ресинтезу АТФ Гліколіз. Спочатку, поки реакції гліколізу не досягли максимальної швидкості, утворення АТФ йде за рахунок креатинфосфату, а наприкінці процес включається тканинне дихання. Робота в цій зоні характеризується високим кисневим боргом 20-22 л. Прикладом фізичних навантажень у цій зоні потужності є біг на середні дистанції, плавання на середні дистанції, велосипедні гонки на треку, спринтерські ковзанярські дистанції та ін. Такі навантаження називаютьлактатними.

Робота у зоні великої потужностімає граничну тривалість до 30 хв. Для роботи в цій зоні характерний однаковий внесок гліколізу та тканинного дихання. Креатинфосфатний шлях бере участь тільки на самому початку роботи. Прикладом вправ у цій зоні є біг на 5000 м, біг на ковзанах на довгі дистанції, лижні гонки, плавання на середні дистанції тощо.аеробно-анаеробні, або анаеробно-аеробні.

Робота у помірній зоні тривалістю понад 30 хвилин відбувається переважно аеробним шляхом. Сюди відносять марафонський біг, легкоатлетичний крос, шосейні велогонки, спортивна ходьба, лижні гонки на довгі дистанції, турпоходи та ін.

В ациклічних та ситуаційних видах спорту (єдиноборства, гімнастичні вправи, спортивні ігри) потужність виконуваної роботи багаторазово змінюється. Наприклад, у футболістів біг із помірною швидкістю (зона великої потужності) чергується з бігом на короткі дистанції зі спринтерською швидкістю (зона максимальної або субмаксимальної потужності). Водночас, у футболістів бувають такі відрізки гри, коли потужність роботи знижується до помірної.

При підготовці спортсменів необхідно застосовувати тренувальні навантаження, що розвивають шлях ресинтезу АТФ, що є провідним в енергозабезпеченні роботи в зоні відносної потужності, характерної для цього виду спорту.

Тема: Біохімічні рухи при м'язовій роботі.

1. Основні механізми нервово-гуморальної регуляції м'язової діяльності.

Будь-яка фізична робота супроводжується змінами швидкості метаболічних процесів. Необхідна перебудова метаболізму під час м'язової діяльності відбувається під впливом нервово-гуморальної регуляції.

Можна виділити такі механізми нервово-гуморальної регуляції м'язової діяльності:

1. При м'язовій роботі підвищується тонус симпатичного відділу вегетативної нервової системи, який відповідає за роботу внутрішніх органів та м'язів.

У легенях під впливом симпатичних імпульсів підвищується частота дихання та відбувається розширення бронхів. В результаті збільшується легенева вентиляція, що призводить до покращення забезпечення організму киснем.

Під впливом симпатичної нервової системи також підвищується частота серцевих скорочень, наслідком чого є збільшення швидкості кровотоку та покращення постачання органів, насамперед м'язів, киснем та поживними речовинами.

Симпатична система посилює потовиділення, покращуючи тим самим терморегуляцію.

Вона сповільнює вплив на роботу нирок, кишечника. Під впливом симпатичної нервової системи відбувається мобілізація жиру.

1. Не менш важливу роль у розбудові організму під час м'язової роботи виконують гормони. Найбільше значення біохімічну перебудову при цьому вносять гормони надниркових залоз.

Мозковий шар надниркових залоз виробляєкатехоламіни - адреналін і норадреналін.Виділення гормонів мозкового шару в кров відбувається при різних емоціях та стресах. Біологічна роль цих гормонів - створення оптимальних умов для виконання м'язової роботи великої потужності та тривалості шляхом впливу на фізіологічні функції та метаболізм.

Потрапляючи у кров, катехоламіни дублюють дії симпатичних імпульсів. Вони спричиняють підвищення частоти дихання, розширення бронхів. Під впливом адреналіну підвищується частота серцевих скорочень та його сила. Під впливом адреналіну в організмі відбувається перерозподіл крові в судинному руслі.

У печінці ці гормони викликають прискорений розпад глікогену. У жировій тканині катехоламіни активізує ліпази, прискорюючи цим розпад жиру. У м'язах вони активізують розпад глікогену.

Гормони кіркового шару також беруть активну участь в активізації м'язової роботи. Їхня дія полягає в тому, що вони пригнічують дію ферменту гексокінази, чим сприяють накопиченню глюкози у крові. Оскільки ці гормони не діють на нервові клітини, це дає можливість живити нервові клітини, оскільки глюкоза для них практичне єдине джерело енергії. Гормони Глюкокортикоїди гальмують анаболічні процеси і в першу чергу біосинтез білків. Це дає можливість використовувати молекули АТФ, що звільнилися, для роботи м'язів. Крім того, вони стимулюють синтез глюкози з невуглеводних субстратів.

2. Біохімічні зміни у скелетних м'язах.

За виконання фізичної роботиу м'язах відбувається глибокі зміни, зумовлені насамперед інтенсивністю процесів ресинтезу АТФ.

Використання креатинфосфату як джерело енергії призводить до зниження його концентрації в м'язових клітинах та накопичення в них креатину.

Практично за будь-якої роботи для отримання АТФ використовується м'язовий глікоген. Тому його концентрація у м'язах знижується незалежно від характеру роботи. При виконанні інтенсивних навантажень у м'язах спостерігається швидке зменшення запасів глікогену та одночасне утворення та накопичення молочної кислоти. За рахунок накопичення молочної кислоти підвищується кислотність усередині м'язових клітин. Збільшення вмісту лактату в м'язових клітинах спричиняє також підвищення в них осмотичного тиску. Підвищення осмотичного тиску призводить до того, що в м'язову клітину з капілярів і міжклітинного простору надходить вода і м'язи набухають або, як кажуть спортсмени, «забиваються».

Тривала м'язова робота невеликої потужності викликає плавне зниження концентрації глікогену у м'язах. У разі розпад відбувається аеробно, зі споживанням кисню. Кінцеві продукти такого розпаду вуглекислий газ і вода видаляються з м'язових клітин в кров. Тому після виконання роботи помірної потужності у м'язах виявляється зменшення вмісту глікогену без накопичення лактату.

Ще одна важлива зміна, що виникає в працюючих м'язах - підвищення швидкості розпаду білків. Особливо прискорюється розпад білків при виконанні силових вправ, причому це зачіпає в першу чергу скорочувальні білки міофібрил. Внаслідок розпаду білків у м'язових клітинах підвищується вміст вільних амінокислот та продуктів їх розпаду, кетокислот та аміаку.

Іншими характерними змінами, що викликаються м'язовою діяльністю, є зниження активності ферментів м'язових клітин. Однією з причин зменшення ферментативної активності може бути підвищена кислотність, спричинена появою м'язів молочної кислоти.

І нарешті, м'язова діяльність може призвести до пошкоджень внутрішньоклітинних структур, міофібрил, мітохондрій та інших біомембран. Так порушення мембран саркоплазматичного ланцюга веде до порушення проведення нервового імпульсу до цистерн, що містять іони кальцію. Порушення цілісності сарколеми супроводжується втратою м'язами багатьох важливих речовин, що йдуть з пошкодженої клітини в лімфу та кров. Порушується і робота ферментів, вбудованих у мембрани. Порушується робота кальцієвого насосу та ферментів тканинного дихання, розташованих на внутрішній поверхні мембран мітохондрій.

3. Біохімічні зрушення в головному мозку та міокарді.

Головний мозок. Під час м'язової діяльностіу рухових нейронах кори головного мозку відбувається формування та подальша передача рухового нервового імпульсу. Обидва ці процеси (формування та передача нервового імпульсу) здійснюються із споживанням енергії у вигляді молекул АТФ. Утворення АТФ у нервових клітинах відбувається аеробно. Тому при м'язовій роботі збільшується споживання мозком кисню з крові. Іншою особливістю енергетичного обміну в нейронах є те, що основним субстратом окиснення є глюкоза, що надходить із струмом крові.

У зв'язку з такою специфікою енергопостачання нервових клітин будь-яке порушення постачання мозку киснем або глюкозою неминуче веде до зниження його функціональної активності, що у спортсменів може виявитися у формі запаморочення чи непритомності.

Міокард. Під час м'язової діяльності відбувається посилення та почастішання серцевих скорочень, що потребує великої кількості енергії порівняно зі станом спокою. Однак енергопостачання серцевого м'яза здійснюється головним чином за рахунок аеробного ресинтезу АТФ. Лише за ЧСС понад 200 уд/хв, включається анаеробний синтез АТФ.

Великі можливості аеробного енергозабезпечення у міокарді зумовлені особливістю будови цього м'яза. На відміну від скелетних м'язів у міокарді є більш розвинена та густа мережа капілярів, що дозволяє витягувати з крові більше кисню та субстратів окиснення. Крім того, у клітинах серцевого м'яза є більше мітохондрій, що містять ферменти тканинного дихання. Як джерела енергії клітини серцевого м'яза використовують і глюкозу, і жирні кислоти, і кетонові тіла, і гліцерин. Глікоген міокард зберігає на «чорний день», коли виснажуються інші джерела енергії.

Під час інтенсивної роботи, що супроводжується збільшенням концентрації лактату в крові, міокард витягує з крові лактат і окислює його до вуглекислого газу та води.

При окисненні однієї молекули молочної кислоти синтезується до 18 молекул АТФ. Здатність міокарда окислювати лактат має велике біологічне значення. Це дає можливість організму довше підтримувати в крові необхідну концентрацію глюкози, що є дуже важливим для біоенергетики нервових клітин, для яких глюкоза є майже єдиним субстратом окислення. Окислення лактату в міокарді також сприяє нормалізації кислотно-лужного балансу, оскільки у крові знижується концентрація цієї кислоти.

4. Біохімічні зрушення у печінці.

При м'язовій діяльності активуються функції печінки, спрямовані переважно на покращення забезпечення працюючих м'язів, позам'язовими джерелами енергії, що переносяться кров'ю. Нижче описані найважливішібіохімічні процеси, що протікають у печінці під час роботи.

1. Під впливом адреналіну підвищується швидкість розпаду глікогену із утворенням вільної глюкози. Глюкоза, що утворилася, виходить з клітин печінки в кров, що призводить до зростання її концентрації в крові. При цьому знижується вміст глікогену. Найбільш висока швидкість розпаду глікогену спостерігається у печінці на початку роботи, коли запаси глікогену ще великі.

2. Під час виконання фізичної вправи клітини печінки активно витягують із крові жир, жирні кислоти, вміст яких у крові зростає внаслідок мобілізації жиру з жирових депо. Жир, що надходить у печінкові клітини, відразу піддається гідролізу і перетворюється на гліцерин і жирні кислоти. Далі жирні кислоти шляхом β-окислення розщеплюються до ацетилкоферменту А, з якого утворюються потім кетонові тіла. Кетонові тіла є важливим джерелом енергії. З потоком крові вони переносяться з печінки в працюючі органи - міокард і скелетні м'язи. У цих органах кетонові тіла знову перетворюються на ацетилкофермент А, який відразу ж аеробно окислюється в циклі трикарбонових кислот до вуглекислого газу та води з виділенням великої кількості енергії.

3. Ще один біохімічний процес, що протікає в печінці під час м'язової роботи - це утворення глюкози з гліцерину, амінокислот, лактату. Цей процес йде із витратами енергії молекул АТФ. Зазвичай, такий синтез глюкози протікає при тривалій роботі, що веде до зниження концентрації глюкози в кров'яному руслі. Завдяки цьому процесу організму вдається підтримувати у крові необхідний рівень глюкози.

4. При фізичній роботі посилюється розпад м'язових білків, що призводить до утворення вільних амінокислот, які дезамінуються, виділяючи аміак. Аміак є клітинною отрутою, його знешкодження відбувається у печінці, де він перетворюється на сечовину. Синтез сечовини потребує значної кількості енергії. При виснажливих навантаженнях, що не відповідає функціональному стану організму, печінка може не справлятися з знешкодженням аміаку, в цьому випадку виникає інтоксикація організму цією отрутою, що веде до зниження працездатності.

5. Біохімічні зрушення у крові.

Зміни хімічного складу крові є відображенням тих біохімічних зрушень, які виникають при м'язовій діяльності у різних внутрішніх органах, скелетних м'язах та міокарді.

Біохімічні зрушення, що виникають у крові, значною мірою залежать від характеру роботи, тому їх аналіз слід проводити з урахуванням потужності та тривалості фізичних навантажень.

За виконання м'язової роботи у крові найчастіше виявляються такі зміни.

1. Зміни концентрації білків у плазмі крові. Причин цього дві. По-перше, посилене потовиділення призводить до зменшення вмісту води в плазмі крові і, отже, її згущення. Це спричинює зростання концентрації речовин, що містяться у плазмі. По-друге, внаслідок пошкодження клітинних мембран спостерігається вихід внутрішньоклітинних білків у плазму. У цьому випадку частина білків кров'яного русла переходить у сечу, а інша частина використовується як джерела енергії.

2. Зміна концентрації глюкози у крові під час роботи проходить ряд фаз. На початку роботи рівень глюкози зростає. Глюкоза виходить із печінки, де відбувається її утворення з глікогену. Крім того, м'язи, що мають запаси глікогену, на цій стадії глюкози з крові гостро не потребують. Але потім настає стадія коли глікоген у печінці та м'язах закінчується. Тоді настає наступна фаза, коли для отримання енергії використовується глюкоза крові. Ну а в кінці роботи настає фаза виснаження і, як наслідок, гіпоглікемія - зниження концентрації глюкози в крові.

3. Підвищення концентрації в крові лактату спостерігається практично за будь-якої спортивної діяльності, але ступінь накопичення лактату значною мірою залежить від характеру виконуваної роботи та тренованості спортсмена. Найбільше підвищення рівня молочної кислоти в крові відзначається при виконанні фізичних навантажень у зоні субмаксимальної потужності. Тому що в цьому випадку головним джерелом енергії для працюючих м'язів є анаеробний гліколіз, що призводить до утворення та накопичення лактату.

Слід пам'ятати, що накопичення лактату відбувається не відразу, а за кілька хвилин після закінчення роботи. Тому і вимірювання рівня лактату потрібно проводити через 5…7 хвилин після закінчення роботи. Якщо рівень лактату в спокої не перевищує 1? 2 ммоль/л, то у високо-тренованих спортсменів після тренування він може досягати 20? 30 ммоль/л.

4. Водневий показник (рН). При виконанні вправ субмаксимальної потужності рівень рН може значно знижуватися (на 0,5 од.)

5. Фізичні вправи супроводжуються підвищенням концентрації вільних жирних кислот та кетонових тіл у крові. Це пов'язано з мобілізацією жиру в печінці та виходом продуктів цього процесу у кров.

6. Сечовина. При короткочасній роботі концентрація сечовини у крові змінюється незначно, за тривалої роботи рівень сечовини зростає у кілька разів. Це з посиленням метаболізму білків при фізичних навантаженнях.

6. Біохімічні зрушення у сечі.

Фізичні вправи впливають на фізико-хімічні властивості сечі, зрушення в яких пояснюються суттєвими зрушеннями у хімічному складі сечі.

У сечі з'являються речовини, які зазвичай у ній відсутні. Ці речовини називаютьпатологічними компонентами.У спортсменів спостерігаються після напруженої роботи наступні патологічні компоненти.

1. Білок. Зазвичай у сечі трохи більше 100 мг білка. Після тренування спостерігається значне виділення сечею білка. Це явище отримало назвупротеїнурія. Чим важче навантаження, тим вищий вміст білка. Причиною цього явища може бути пошкодження ниркових мембран.Однак зниження навантажень повністю відновлює нормальний склад сечі.

2. Глюкоза. У спокої глюкоза у сечі відсутня. Після завершення тренування у сечі нерідко виявляється глюкоза. Це зумовлено двома основними причинами. Перша, надлишковий вміст глюкози у крові при фізичній роботі. По-друге, порушення ниркових мембран викликає порушення процесу зворотного всмоктування.

3. Кетонові тіла. До роботи кетонові тіла у сечі не виявляються. Після навантажень із сечею можуть виділятися у великих кількостях кетонові тіла. Це явище називаєтьсякетонурія. Вона пов'язана з підвищенням концентрації кетонових тіл у крові та нарощенням реабсорбції їх нирками.

4. Лактат. Поява молочної кислоти у сечі зазвичай спостерігається після тренувань, що включають вправи субмаксимальної потужності. По виділенню лактату із сечею можна будувати висновки про загальний вклад гліколізу в енергетичне забезпечення всієї роботи, виконаної спортсменом за тренування.

Поряд із впливом на хімічний склад сечі фізичні навантаження змінюють і фізико-хімічні властивості сечі.

Щільність. Обсяг сечі після тренувань, як правило, менший, так як більша частина води йде з потом. Це позначається на щільності сечі, що зростає. Збільшення щільності сечі пов'язане також із появою в ній речовин, які зазвичай у сечі відсутні.

Кислотність. Кетонові тіла та молочна кислота, що виділяються із сечею, змінюють її кислотність. Зазвичай рН сечі 5? 6 од. Після роботи він може знизитися до 4…4,5 од.

Чим інтенсивніше фізичні навантаження, тимзначніші зміни, що спостерігаються у складі сечі та крові.

АТФ у процесі скорочення постачає необхідну енергію для утворення актоміозинового комплексу, а в процесі розслаблення м'яза – забезпечує енергією активний транспорт іонів кальцію в ретикулум. Для підтримки скоротливої ​​функції м'яза концентрація АТФ у ній повинна бути на постійному рівні від 2 до 5 ммоль/кг.

Тому при м'язовій діяльності аденозинтрифосфорна кислота повинна відновлюватися з тією самою швидкістю, з якою розщеплюється у процесі скорочення, що здійснюється окремими біохімічними механізмами її ресинтезу.

Енергетичні джерела ресинтезу АТФ у скелетних м'язах та інших тканинах - багаті на енергію фосфатсодержащіе речовини. Вони присутні у тканинах (креатинфосфат, аденозиндифосфат) або утворюються у процесі катаболізму глікогену, жирних кислот та інших енергетичних субстратів. Крім того, в результаті аеробного окиснення різних речовин виникають енергії протонного градієнта на мембрані мітохондрій.

Ресинтез аденозинтрифосфатуможе здійснюватися у реакціях без участі кисню ( анаеробні механізми ) або за його участю ( аеробний механізм ). У звичайних умовах ресинтез АТФ у м'язах відбувається переважно аеробним шляхом. При напруженій фізичній роботі, коли доставка кисню до м'язів утруднена, включаються і анаеробні механізми ресинтезу АТФ. У скелетних м'язах людини виявлено три види анаеробних та один шлях аеробного відновлення аденозинтрифосфату.

До анаеробним механізмамвідносяться креатинфосфокіназний (фосфогенний або алактатний), гліколітичний (лактатний) та міокіназний механізми.

Аеробний механізм ресинтезу АТФполягає в окисному фосфорилуванні, що протікає в мітохондріях, кількість яких у скелетних м'язах при аеробних тренуваннях суттєво збільшується. Енергетичними субстратами аеробного окислення є: глюкоза, жирні кислоти, частково амінокислоти, а також проміжні метаболіти гліколізу (молочна кислота) та окислення жирних кислот (кетонові тіла).

Кожен механізм має різні енергетичні можливості, які оцінюються за такими критеріями: максимальна потужність, швидкість розгортання, метаболічна ємність та ефективність.

Максимальна потужність- це найбільша швидкість утворення АТФ у цьому метаболічному процесі. Вона лімітує граничну інтенсивність роботи, що виконується за рахунок механізму.

Швидкість розгортання- час досягнення максимальної потужності даного шляху ресинтезу адено-Зинтрифосфат від початку роботи.

Метаболічна ємність- загальна кількість АТФ, яка може бути отримана у механізмі ресинтезу АТФ, що використовується, за рахунок величини запасів енергетичних субстратів. Місткість лімітує обсяг виконуваної роботи. Метаболічна ефективність - це частина енергії, яка накопичується в макроергічних зв'язках аденозинт-рифосфату. Вона визначає економічність виконуваної роботи та оцінюється загальним значенням коефіцієнта корисної дії, що представляє відношення всієї корисно витраченої енергії до її загальної кількості, виділеної при поточному метаболічному процесі.

Загальний коефіцієнт корисної діїпри перетворенні енергії метаболічних процесів у механічну роботу залежить від двох показників:

• ефективності фосфорилювання;
• ефективності хемомеханічного сполучення (ефективності перетворення АТФ на механічну роботу).

Ефективність хемомеханічного сполученняу процесах аеробного та анаеробного метаболізму приблизно однакова і становить 50%.

Ефективність фосфорилюваннянайвища в алактатному анаеробному процесі - близько 80%, і найменша в анаеробному гліколізі - в середньому 44%. У аеробному процесі вона становить приблизно 60%.

Таким чином, анаеробні механізмимають велику максимальну потужність та ефективність утворення АТФ, але короткий час утримання та невелику ємність, через малі запаси енергетичних субстратів. Наприклад, максимальна потужність креатинфосфокіназної реакції розвивається вже на 0,5-0,7 з інтенсивної роботи і підтримується 10-15 с у нетренованих людей ідо 25-30 су високотренованих спортсменів і становить 3,8 кДж/кг за хвилину.

Гліколітичний механізм ресинтезу АТФвирізняється невисокою ефективністю. Більшість енергії залишається в молекулах молочної кислоти, що утворюється. Концентрація останньої знаходиться у прямій залежності від потужності та тривалості роботи, і може бути виділена тільки шляхом аеробного окиснення.

Гліколіз- це основний шлях енергоутворення у вправах субмаксимальної потужності, гранична тривалість яких становить від 30 до 2,5 хв (біг на середні дистанції, плавання на 100 і 200 м та ін).

Гліколітичний механізм енергоутворення є біохімічною основою спеціальної швидкісної витривалості організму.

Міокіназна реакція відбувається у м'язах при значному збільшенні концентрації АДФ у саркоплазмі. Така ситуація виникає при вираженому м'язовому втомі, коли інші шляхи ресинтезу не можливі.

Таким чином, анаеробні механізми є основними в енергозабезпеченні короткочасних вправ високої інтенсивності .

При адаптації до інтенсивних навантажень підвищується активність ферментів анаеробних механізмів та запасів енергетичних механізмів: вміст креатинфосфату в скелетних м'язах може збільшуватись у 1,5-2 рази, а вміст глікогену – майже в 3 рази.