Источником энергии в клетках является вещество аденозинтрифосфат (АТФ), которое при необходимости распадается до аденозинфосфата (АДФ):

АТФ → АДФ + энергия.

При интенсивной нагрузке имеющийся запас АТФ расходуется всего за 2 секунды. Однако АТФ непрерывно восстанавливается из АДФ, что позволяет мышцам продолжать работать. Существует три основные системы восстановления АТФ: фосфатная, кислородная и лактатная.

Фосфатная система

Фосфатная система выделяет энергию максимально быстро, поэтому она важна там, где требуется стремительное усилие, например, для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, боксеров и теннисистов.

В фосфатной системе восстановление АТФ происходит за счет креатинфосфата (КрФ), запасы которого имеются непосредственно в мышцах:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин.

При работе фосфатной системы не используется кислород и не образуется молочная кислота.

Фосфатная система работает только в течение короткого времени — при максимальной нагрузке совокупный запас АТФ и КрФ истощается за 10 секунд. После завершения нагрузки запасы АТФ и КрФ в мышцах восстанавливаются на 70% через 30 секунд и полностью — через 3-5 минут. Это нужно иметь в виду при выполнении скоростных и силовых упражнений. Если усилие длится дольше 10 секунд или перерывы между усилиями слишком короткие, то включается лактатная система.

Кислородная система

Кислородная, или аэробная, система важна для спортсменов на выносливость, так как она может поддерживать длительную физическую работу.

Производительность кислородной системы зависит от способности организма транспортировать кислород в мышцы. За счет тренировок она может вырасти на 50%.

В кислородной системе энергия образуется, главным образом, в результате окисления углеводов и жиров. Углеводы расходуются в первую очередь, так как для них требуется меньше кислорода, а скорость выделения энергии выше. Однако запасы углеводов в организме ограничены. После их исчерпания подключаются жиры — интенсивность работы при этом снижается.

Соотношение используемых жиров и углеводов зависит от интенсивности упражнения: чем выше интенсивность, тем больше доля углеводов. Тренированные спортсмены используют больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком, то есть более экономично расходуют имеющиеся запасы энергии.

Окисление жиров происходит по уравнению:

Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Распад углеводов протекает в два шага:

Глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота.

Молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Кислород требуется только на втором шаге: если его достаточно, молочная кислота не накапливается в мышцах.

Лактатная система

При высокой интенсивности нагрузки поступающего в мышцы кислорода не хватает для полного окисления углеводов. Образующаяся молочная кислота не успевает расходоваться и накапливается в работающих мышцах. Это приводит к ощущению усталости и болезненности в работающих мышцах, а способность выдерживать нагрузку снижается.

В начале любого упражнения (при максимальном усилии — в течение первых 2 минут) и при резком увеличении нагрузки (при рывках, финишных бросках, на подъемах) возникает дефицит кислорода в мышцах, так как сердце, легкие и сосуды не успевают полностью включиться в работу. В этот период энергия обеспечивается за счет лактатной системы, с выработкой молочной кислоты. Чтобы избежать накопления большого количества молочной кислоты в начале тренировки, нужно выполнить легкую разогревающую разминку.

При превышении определенного порога интенсивности организм переходит на полностью анаэробное энергообеспечение, в котором используются только углеводы. Из-за нарастающей мышечной усталости способность выдерживать нагрузку истощается в течение нескольких секунд или минут, в зависимости от интенсивности и уровня подготовки.

Влияние молочной кислоты на работоспособность

Рост концентрации молочной кислоты в мышцах имеет несколько последствий, которые нужно учитывать при тренировках:

• Нарушается координация движений, что делает тренировки на технику неэффективными.
• В мышечной ткани возникают микроразрывы, что повышает риск травм.
• Замедляется образование креатинфосфата, что снижает эффективность спринтерских тренировок (тренировок фосфатной системы).
• Снижается способность клеток окислять жир, что сильно затрудняет энергообеспечение мышц после истощения запасов углеводов.

В условиях покоя на нейтрализацию половины молочной кислоты, накопившейся в результате усилия максимальной мощности, организму требуется около 25 минут; за 75 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Если вместо пассивного отдыха выполняется легкая заминка, например, пробежка трусцой, то молочная кислота выводится из крови и мышц намного быстрее.

Высокая концентрация молочной кислоты может вызвать повреждение стенок мышечных клеток, что приводит к изменениям в составе крови. Для нормализации показателей крови может потребоваться от 24 до 96 часов. В этот период тренировки должны быть легкими; интенсивные тренировки сильно замедлят восстановительные процессы.

Слишком высокая частота интенсивных нагрузок, без достаточных перерывов на отдых, приводит к снижению работоспособности, а в дальнейшем — к перетренированности.

Запасы энергии

Энергетические фосфаты (АТФ и КрФ) расходуются за 8-10 секунд максимальной работы. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Как правило, их хватает на 60-90 минут интенсивной работы.

Запасы жиров в организме практически неисчерпаемы. Доля жировой массы у мужчин составляет 10-20%; у женщин — 20-30%. У хорошо тренированных спортсменов на выносливость процент жира может находиться в диапазоне от максимально низкого до относительно высокого (4-13%).

Запасы энергии человека

* Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ
Источник	Запас (при весе 70 кг)		Длительность Дли- тель- ность интенсивной работы	Энергети- ческая система	Особенности
	Граммы	Ккал
Фосфаты (фосфатная система энергообеспечения )
Фосфаты	230	8*	8—10 секунд	Фосфатная	Обеспечивают «взрывную» силу. Кислород не требуется
Гликоген (кислородная и лактатная системы энергообеспечения )
Гликоген	300— 400	1200— 1600	60—90 минут	Кислородная и лактатная	При нехватке кислорода образуется молочная кислота
Жиры (кислородная система энергообеспечения )
Жиры	Больше 3000	Больше 27000	Больше 40 часов	Кислородная	Требуют больше кислорода; интенсивность работы снижается

По книге Петера Янсена «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость».

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:

Креатинфосфорная кислота (креатинфосфат , фосфокреатин ) - 2-[метил-(N"-фосфонокарбоимидоил)амино]уксусная кислота. Бесцветные кристаллы, растворимые в воде, легко гидролизуется с расщеплением фосфамидной связи N-P в кислой среде, устойчива в щелочной. Креатинфосфат - продукт обратимого метаболического N-фосфорилирования креатина, являющийся, подобно , высокоэнергетическим соединением.

Восстановление уровня фосфатов

Если спортсмен начинает выполнение подхода без соответствующего восстановления уровня фосфатов, он не сможет поддерживать выработку энергии на протяжении данного или последующих подходов. Таким образом, на этапе тренировки максимальной силы перерыв для отдыха спортсменов перед выполнением последующих подходов с использованием одной и той же группы мышц должен составлять три-пять минут, если только спортсмен не работает с большим резервом. Для максимального восстановления при выполнении упражнений с очень высокой интенсивностью и небольшим резервом спортсменам следует применять вертикальную методику тренировки, т.е. переходить к новому упражнению по завершении подхода предыдущего упражнения. Иными словами, спортсмен выполняет по одному подходу для каждого упражнения перед тем, как вернуться к самому первому упражнению и выполнить второй подход. В результате использования данного алгоритма остаётся достаточный промежуток времени для восстановления уровня фосфатов в мышцах.

Продолжительность восстановления уровня АТФ-КФ

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.

АТФ - энергетическая основа движений человека. АТФ расщепляется во время движения, синтезируется во время отдыха. В бодибилдинге используется 3 режима воспроизведения АТФ: аэробный механизм, гликоген и молочная кислота, фосфагенный механизм. Помимо воспроизведения АТФ человеком, есть способы получения АТФ из вне, например способ получения АТФ внутримышечно.

АТФ в мышцах

Аденозин трифосфат (АТФ, он же аденин) - молекула, служащая энергетической основой всех биологических процессов человеческого организма. АТФ в мышцах используется для осуществления движений. Мышечное волокно сокращается под действием расщепления аденина, после этого высвобождается определенное количество энергии, которое идёт на сокращение мышц. В человеческом организме аденозин трифосфат получается из инозина (торговая марка: , инозин, рибонозин ит.д.).

Если при сокращении мышц АТФ расщепляется, то в моменты отдыха, наоборот - синтезируется. По большому счёту, АТФ в мышцах представляет из себя ни что иное, как биологическую батарею, которая запасает энергию, когда в ней нет необходимости. С другой стороны, освобождая её, если возникает потребность в энергии.

Роль атф в энергетическом обмене очень велика. Без атф человеческий организм не смог бы осуществлять процесс жизнедеятельности.Человек нуждается в энергетическом снабжении метаболизма, транспортировке различных молекул ит.д. Сокращение мышц не возможно без энергии, получаемой благодаря АТФ.

Структура АТФ

Три компоненты входят в структуру АТФ :

1.Трифосфат

Если рассматривать молекулу АТФ, то в ее центре располагается молекула рибозы, ее конец является началом для аденина, что хорошо показано на рисунке выше. Трифосфат находится с противоположной стороны от рибозы. АТФ заполняет протеиносодержащее волокно, которое называется миозином . Это - фибриллярный белок, являющийся одним из основных компонентов сократительных волокон мышц. Миозин отвечает за формирование всех мышечных клеток. Одно из главных свойств миозина - способность расщеплять АТФ.

Воспроизведение АТФ

Количество АТФ не безгранично. В среднем через несколько секунд движения его количество исчерпывается. Значит, нужно восполнить его количество. В человеке заложены специальные механизмы, которые занимаются воспроизведением структур АТФ:

• Аэробное дыхание
• Гликоген и молочная кислота
• Фосфагенная система

Данные механизмы энергообмена включаются в работу в строго определенной время. В бодибилдинге, где чаще всего практикуются «многоповторы», используются все 3 системы. А вот в скоростно-силовых видах спорта преобладают вторая и третья.

В бодибилдинге крайне интенсивные нагрузки. Поскольку самый мощный источник ресинтеза атф в бодибилдинге - это креатин-фосфат(третий механизм синтеза АТФ), то повышение его количества приведет к тому, что человек сможет тренироваться интенсивно более длительное время.