Аэробные процессы энергообеспечения

Источники энергии при продолжительной работе.

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

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

Гликоген + Кислород   ⇒     АТФ + Углекислый газ + Вода

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

Жир + Кислород  ⇒    АТФ + Углекислый газ + Вода

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

Больше полезной информации и статей вы можете найти ЗДЕСЬ.

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

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

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

Лактатная система ресинтеза АТФ

Прсле определенного уровня интенсивности работы организм переходит на бескислородное (анаэробное) энергообеспечение, где источник энергии — исключительно углеводы. Интенсивность мышечной работы резко снижается из-за накопления молочной кислоты (лактата).

Ресинтез АТФ идет за счет лактатного механизма:

• несколько минут в начале любого упражнения пока легкие, сердце и системы транспорта кислорода не приспособятся к потребностям нагрузки;
• при беге на 100, 200, 400 и 800 м, а также во время любой другой интенсивной работы, длящейся 2-3 мин;
• в беге на 1500 м вклад аэробного и анаэробного энергообеспечения — 50/50;
• при кратковременном увеличении интенсивности работы — при рывках, преодолении подъемов, во время финишного броска, например, на финише марафона или велогонки.

Лактат может быть в 20 раз выше нормы. Максимальная концентрация молочной кислоты достигается в беге на 400 м. С увеличением дистанции концентрация лактата снижается (График 2).

Отрицательные эффекты высокого лактата

• Мышечная усталость. Если начать длительный бег в высоком темпе или рано приступить к финишному рывку, мышечная усталость, вслед за ростом концентрации лактата, не даст спортсмену выиграть гонку.
• Ацидоз (закисление) мышечных клеток и межклеточного пространства. Может потребоваться несколько дней, чтобы ферменты снова нормально функционировали и аэробные возможности полностью восстановились. Частое повторение интенсивных нагрузок (без достаточного восстановления) приводит к перетренированности.
• Повреждение мышечных клеток. После напряженной тренировки в крови повышается уровень мочевины, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и аланинаминотрансферазы (АлАТ). Это указывает на повреждение клеток. Чтобы показатели крови снова пришли в норму требуется от 24 до 96 ч. В это время тренировки должны быть легкими — восстановительными.
• Нарушение мышечного сокращения влияет на координацию. Тренировки на технику не следует проводить если лактат выше 6-8 ммоль/л.
• Микроразрывы. Незначительные повреждения мышц могут стать причиной травмы при недостаточном восстановление.
• Замедляется образование КрФ. Лучше не допускать высоких показателей лактата во время спринтерских тренировок.
• Снижается утилизация жира. При истощение запасов гликогена энергообеспечение окажется под угрозой, поскольку организм будет не способен использовать жир.

На нейтрализацию половины накопившейся молочной кислоты требуется около 25 минут; за 1 час 15 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Активное восстановление («заминка») очень быстро снижает лактат. В восстановительной фазе лучше выполнять непрерывную, а не интервальную работу (График 3).

Разделение на аэробные и анаэробные упражнения

Следует понимать, что разделение на аэробные и анаэробные упражнения является условным и подразумевает лишь преобладание (а не эксклюзивное использование) одного из описанных механизмов потребления энергии. Скажем, занятия легкой атлетикой требуют не только интенсивного потребления кислорода, но и хорошей анаэробной выносливости, тогда как тяжелоатлетические упражнения уже через 10-15 секунд активируют механизм усиленной оксигенации.

Описанные виды нагрузки не являются ни взаимозаменяемыми, ни жестко альтернативными, – разница между ними, повторим, достаточно расплывчата. Однако важнейшей задачей тренера-методиста является разработка такого тренировочного плана, который обеспечил бы спортсмену преимущество в конкурентных соревнованиях по данному виду спорта.

Энергоносители

Мышечными энергоносителями являются

1. фосфатные соединения: аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
2. углеводы: глюкоза и гликоген
3. жиры в виде жирных кислот

белки в виде аминокислот

Где в организме хранятся энергоносители?

Запасы аденозинтрифосфата (АТФ), креатинфосфата (КФ), гликогена и жиров накапливаются непосредственно в самой мышечной клетке. Кроме того, гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке.

Запасы АТФ и КФ в мышцах настолько малы и ничтожны, и, в лучшем случае составляют всего несколько килокалорий. Таких запасов хватит всего-навсего на несколько секунд интенсивной работы.

Другое дело гликоген и жиры. Энергетические резервы, хранящиеся в организме в виде гликогена составляют у тренированного человека до 750 грамм (3100 ккал), в то время как у нетренированного – более чем на треть меньше – 450 грамм (1800 ккал). Большая часть гликогена запасается в мышцах и представляет из себя энергорезерв быстро включающийся в энергообразование (так как мышечный гликоген не надо транспортировать к мышечной клетке с помощью кровотока, а затем проводить через оболочку клетки – ведь он уже итак в ней припасен). Интересен следующий факт: мышечные волокна легко и с удовольствием принимают приносимую кровотоком глюкозу, и накапливают ее в виде гликогена, но очень неохотно отдают его для потребления другими интенсивно работающими мышцами.

Запасы гликогена в печени составляют около 150 грамм (620 ккал). Гликоген печени только частично может быть использован для обеспечения работы мышц. Дело в том, что нужно еще обеспечивать работу мозга и нервной системы, которым тоже нужно питание. Поэтому всевозможные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению “печеночного” гликогена мышцами и поддерживают постоянный уровень сахара в крови (80-90 мг глюкозы на 100 мл крови).

Итак, истратив свой гликоген, и позаимствовав немного гликогена у печени, наши интенсивно работающие на тренировке мышцы все еще нуждаются в источнике энергии. Тут дело доходит и до жиров.

Запасы жиров в организме огромны: от 30000 до 100000 ккал и сосредоточены они в подкожной жировой клетчатке (особенно на животе, и на бедрах у дам). Запасы жира в мышцах (в виде капель триглицерида) не велики – около 200 грамм (1900 ккал). Жиры хороши для продолжительной мышечной работы небольшой интенсивности.

Химические реакции

Непосредственным источником энергии для мышечных волокон всегда является АТФ

Как происходит процесс?

Чтобы получить энергию аденозинтрифосфат (АТФ) расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При этом выделяется энергия, которая и используется для сокращения мышечных волокон:

Запасы АТФ в мышцах крайне малы, поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза АТФ:

Эта обратная реакция называется фосфорилированием. Для осуществления этой реакции, как мы видим, нужна энергия. Где же ее взять?

Вот тут и потребуются рассмотренные ранее вещества-энергоносители, при расщеплении которых мы получим необходимую для синтеза АТФ энергию. Если в получении этой энергии участвует кислород, то такое энергообразование называется аэробным, если образование энергии проходит без участия кислорода, то это анаэробное энергообразование. С помощью каких энергоносителей будет осуществляться восстановление АТФ, зависит от количества энергии требуемой в единицу времени.

Оптимальное сочетание аэробных и анаэробных нагрузок

Человеческий организм эволюционно рассчитан на такой образ существования, при котором в полной мере используются присущие высшим приматам качества: сила, скорость, ловкость, выносливость, изобретательность. Определенный уровень физической активности должен поддерживаться постоянно; на этом фоне человек способен переносить пиковые, очень интенсивные психофизические нагрузки (примерами могут послужить охота на саблезубого тигра или финальный матч чемпионата мира). Однако необходимыми и обязательными условиями, при которых такие перегрузки переживаются без опасных для здоровья последствий, являются общая тренированность, достаточный и сбалансированный рацион, а также длительный период релаксации и отдыха после экстремальных усилий, даже кратковременных.

Все это известно с незапамятных времен, хорошо изучено и по возможности учитывается спортивными врачами, методистами, тренерами. Именно «по возможности», поскольку профессиональный спорт международного уровня зачастую предъявляет требования, фатально конфликтующие с требованиями охраны здоровья. В постоянной борьбе за повышение рекордных показателей (которые для обычного человека уже давно являются запредельными и абсолютно недосягаемыми) специалисты ищут наиболее эффективные варианты тренировочного процесса и режима соревнований.

Системы энергообеспечения физической нагрузки

Большинство людей или, по крайней мере, многие могут объяснить, как мотор в их автомашине приходит в действие. Они знают, что для того чтобы сжигать топливо, мотору необходим кислород. Они знают, что по мере того как скорость машины растет, двигателю требуется больше топлива и больше кислорода. Они также знают, что если они не обеспечат машину топливом и кислородом, то она просто не поедет.

Подобным же образом в организм человека должна постоянно поступать энергия для выполнения множества сложных задач. Во время физической нагрузки вашему организму требуется больше энергии. Необходимо любым способом предоставить эту дополнительную энергию, иначе вы непременно остановитесь. Существует две взаимосвязанных системы энергообеспечения организма: одна из них функционирует в присутствии кислорода, другая — без кислорода. Это, соответственно, аэробная и анаэробная системы.

Зоны относительной мощности мышечной работы

В настоящее время приняты различные классификации мощности мышечной деятельности. Одна из них – классификация по B.C. Фарфелю, базирующаяся на положении о том, что мощность выполняемой физической нагрузки обусловлена соотношением между тремя основными путями ресинтеза АТФ, функционирующими в мышцах во время работы. Согласно этой классификации выделяют четыре зоны относительной мощности мышечной работы: максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной мощности.

Работа в зоне максимальной мощности может продолжаться в течение 15-20 с. Основной источник АТФ в этих условиях – креатин-фосфат. Только в конце работы креатинфосфатная реакция замещается гликолизом. Примером физических упражнений, выполняемых в зоне максимальной мощности, является бег на короткие дистанции, прыжки в длину и высоту, некоторые гимнастические упражнения, подъем штанги и др.

Работа в зоне субмаксимальной мощности имеет продолжительность до 5 мин. Ведущий механизм ресинтеза АТФ – гликолитический. В начале работы, пока гликолиз не достиг максимальной скорости, образование АТФ идет за счет креатинфосфата, а в конце работы гликолиз начинает заменяться тканевым дыханием. Работа в зоне субмаксимальной мощности характеризуется самым высоким кислородным долгом – До 20 л. Примером физических нагрузок в этой зоне мощности является бег на средние дистанции, плавание на короткие дистанции, велосипедные гонки на треке, бег на коньках на спринтерские дистанции и др.

Работа в зоне большой мощности имеет предельную продолжительность до 30 мин. Для работы в этой зоне характерен примерно одинаковый вклад гликолиза и тканевого дыхания. Креатинфосфатный Путь ресинтеза АТФ функционирует только в самом начале работы, и поэтому его доля в общем энергообеспечении данной работы мала. Примером упражнений в этой зоне мощности является бег на 5000 ц бег на коньках на стайерские дистанции, лыжные гонки по пересеченной местности, плавание на средние и длинные дистанции и др.

Работа в зоне умеренной мощности продолжается свыше 30 мин. Энергообеспечение мышечной деятельности происходит преимущественно аэробным путем. Примером работы такой мощности является марафонский бег, легкоатлетический кросс, спортивная ходьба, шоссейные велогонки, лыжные гонки на длинные дистанции, турпохода и др.

В ациклических и ситуационных видах спорта мощность выполняемой работы многократно изменяется. Так, у футболиста бег с умеренной скоростью чередуется с бегом на короткие дистанции со спринтерской скоростью; можно найти и такие отрезки игры, когда мощность работы значительно снижается. Такие примеры можно привести в отношении многих других видов спорта.

Однако в ряде спортивных дисциплин все же преобладают физические нагрузки, относящиеся к какой-то определенной зоне мощности. Так, физическая работа лыжников обычно выполняется с большой или умеренной мощностью, а в тяжелой атлетике используются максимальные и субмаксимальные нагрузки.

Поэтому при подготовке спортсменов необходимо применять тренировочные нагрузки, развивающие путь ресинтеза АТФ, являющийся ведущим в энергообеспечении работы в зоне относительной мощности, характерной для данного вида спорта.

   .. 
518 
519
520   ..

Анаэробные нагрузки

Анаэробная нагрузка – это выполнение высокоинтенсивных кратковременных упражнений, во время которых организм испытывает нехватку кислорода и в качестве источника энергообеспечения расходует фосфорные соединения (АТФ, креатинфосфат) и гликоген, содержащиеся в мышцах и печени. 

Типичные примеры анаэробных нагрузок:

• пауэрлифтинг (поднятие тяжестей)
• бег на короткие дистанции
• бодибилдинг
• быстрая езда на велосипеде;
• бодибилдинг
• занятия в спортивном зале на тренажерах.

Такого рода упражнения:

• укрепляют тело и позвоночник
• исправляют осанку
• повышают устойчивость организма к смене климата
• улучшают иммунитет
• помогают человеку ощущать себя бодрым
• смещают существующее соотношение жировой и мышечной ткани в сторону последней
• укрепляют структуры опорно-двигательного аппарата
• вырабатывают выносливость и физическую силу

Недостатки анаэробных тренировок

• Нельзя проводить ежедневно на одну и ту же группу мышц во избежание перетренированности.
• Для поддержания эффекта от упражнений нужно периодически менять программу тренировок.

Аэробное энергообразование

Аэробное энергообразованиеокисления

Как и другие системы получения энергии для синтеза АТФ, аэробная система запускается сразу в момент начала физических нагрузок, но наращивает обороты очень медленно, выходя на свою максимальную мощность через 2-3 минуты интенсивной нагрузки. Вначале преобладает распад гликогена, и только потом, минут через 20-30 начинает преобладать распад жирных кислот.

Эффективность аэробных процессов напрямую зависит от поступления кислорода, а его поступление в свою очередь в основном зависит от работы сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Чем больше сердце и легкие могут поставить работающим мышцам кислорода, тем больше энергии можно произвести аэробным способом.

Как написано выше, при одинаковом по весу расходе гликогена и жирных кислот, из жиров получается почти в три раза больше энергии. Но для окисления жирных кислот кислорода требуется больше (по некоторым данным на 12%), чем для расщепления гликогена. Получается такая закономерность: чем интенсивнее нагрузка, тем больше требуется кислорода для обеспечения реакций расщепления, и тем больше преобладает расход гликогена по сравнению с расходом жирных кислот (при нарастающем дефиците кислорода, организм просто не может себе позволить расщеплять жирные кислоты). Поэтому организм начинает расщеплять в основном жиры только тогда, когда запасы гликогена подходят к концу. Или… когда кислорода предостаточно, т.е. при малоинтенсивных нагрузках.

Регулярные аэробные тренировки позволяют увеличить число митохондрий в мышцах, в результате чего мышцы способны принимать больше кислорода. Поэтому при одинаковой мощности аэробной работы, более тренированный человек будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с менее подготовленным человеком.

Эффективность аэробного энергообеспечения за счёт жировых запасов зависит также от скорости протекания процесса расщепления жиров на составляющие их жирные кислоты (этот процесс называется липолизом) и от скорости кровотока в жировой ткани. Максимальный кровоток в жировой ткани обеспечивает работа, выполняемая с интенсивностью 60-70 % от максимальной частоты сердечных сокращений.

Мощность, образуемая при аэробном энергообразовании, гораздо меньше мощности, получаемой анаэробным процессом. Но с помощью аэробных источников энергии можно проплыть или пробежать намного дольше: ведь резервы жиров в организме весьма велики. Аэробные пути энергообеспечения являются превалирующими на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, а также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров.

Следует помнить, что при продолжительных аэробных нагрузках свыше 90 минут, собственных запасов гликогена организму для продолжения работы часто не хватает. Поэтому эти резервы нужно восполнять напитками с богатым содержанием глюкозы и минеральных веществ.

Подведем итоги:

Система энерго-образования	Подвид системы энерго-образования	Источники энергии	Скорость образования АТФ	Объем производства АТФ	Когда используется	Дистанции в плавании
Анаэробная	Анаэробная алактатная	Креатинфосфат, АТФ	Очень высокая	Малый, так как ограничен малым количеством АТФ и креатинфосфата в мышцах	При очень интенсивной кратковременной работе продолжительностью до 7-12 секунд	Быстрое плавания с полной отдачей в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров
Анаэробная лактатная	Гликоген мышц и печени, глюкоза крови	Высокая	Ограниченный, так как накопления лактата в мышцах приводит к утомлению	При нагрузке высокой интенсивности и малой продолжительности (1-3 минуты)	Главные источники в плавании на 100 и 200 метров, а также вносят заметный вклад в энергообеспечение на дистанции в 400 метров.
Аэробная	Аэробный гликолиз	Гликоген мышц и печени, глюкоза крови	Медленная	Ограничивается запасами гликогена.	При аэробных нагрузках средней интенсивности продолжительностью более 3 минут	Главные источники на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров
Аэробное окисление жирных кислот	Жирные кислоты	Медленная	Неограниченный. Но сжигание жира требует большего количества кислорода по сравнению с окислением углеводов.	При аэробных нагрузках низкой и средней интенсивности продолжительностью более 20 минут

Строение мышц и типы мышечных волоконКаталог статей раздела ТРЕНИРОВКА

Анаэробное энергообразование

Анаэробное энергообразование

Анаэробное алактатное энергообразование

Анаэробное алактатное (фосфатное) энергообразование

Химические реакции, проходящие с участием КФ и АТФ, способны дать работающим мышцам огромное количество энергии, но в течение весьма непродолжительного времени, потому что запас этих соединений в организме ограничен (запасов КФ в мышцах всего в 3-4 раза больше, чем АТФ). Именно эти химические реакции оказывают максимальный вклад в обеспечение энергией быстрого, взрывного плавания с полной отдачей примерно в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров.

Итак, запаса КФ и АТФ хватает лишь на 7-12 секунд предельно интенсивной работы, ну, или же на 15-30 секунд просто интенсивного сокращения мышц. В течение этого времени организмом не накапливается молочная кислота, поэтому такое энергообразование называется анаэробным алактатным. Но, нам необходимо двигаться дальше, и организм для получения энергии переключается на менее эффективный энергоноситель – гликоген, запасы которого в организме гораздо более значительны, нежели запасы креатинфосфата.

Анаэробное лактатное энергообразование

Анаэробное лактатное (гликолитическое) энергообразованиегликолиза

На самом деле анаэробное расщепление гликогена “стартует” практически с самого начала физической нагрузки, так как организм, не зная какая работа его ждет, старается активировать все свои энергетические системы, чтобы потом не допустить перерывов в работе. Когда заканчиваются запасы КФ и АТФ в мышцах, то есть секунд через 15-20, анаэробная лактатная система выходит на максимальную интенсивность.

Казалось бы, запасы гликогена в мышцах достаточно велики, и анаэробное лактатное энергообеспечение может очень долго снабжать мышцы энергией. Но по факту действия этой системы длится 2-3 минуты очень интенсивной работы. В чем же подвох? Все дело в той самой, образующейся при гликолизе, молочной кислоте (лактате). При продолжительных интенсивных нагрузках количество образовавшейся молочной кислоты превышает порог ее возможного усвоения и утилизации другими мышцами и буферными системами крови, что, в конечном счете, приводит к уменьшению синтеза АТФ и снижению работоспособности. В такой ситуации выхода два: либо передохнуть (до тех пор, пока из мышц не выйдут излишки лактата), либо еще больше снизить интенсивность нагрузки, чтобы запустить аэробную систему энергообразования.

Варианты сочетаний тренировок

Аэробные упражнения выполняются вместо разминки перед основной тренировкой. В противном случае вы дадите нагрузку на уже уставшие мышцы и введете свой организм в состояние перетренированности.

Силовая перед кардио

Здесь начинать нужно с небольшой разминки, после которой принять полноценную силовую нагрузку, а кардио упражнения оставить «на закуску». В этом случае к моменту начала аэробной тренировки в мышцах будут израсходованы все запасы гликогена, а жир начнет сжигаться с первой же минуты занятий. Если сократить первую фазу тренировки (силовую) по времени, то вы не сможете выполнить то количество подходов, которое будет достаточным для достижения желаемого эффекта. Пользы от таких упражнений не будет никакой.

Чередование нагрузок

Подразумевается разделение аэробных и анаэробных упражнений по времени суток или дням недели. Например, кардио тренировку выполнить днем, а силовую – вечером. Или выделить для каждого занятия определенный день недели.

Интервальные нагрузки

Подразумевается смена аэробных и силовых упражнений в рамках одной тренировки. Такое занятие не должно продолжаться более 40 минут, а длительность каждой фазы должна укладываться в 5-7 минут. Таким способом можно тренироваться не более 2 раз в неделю, ограничив при этом другие спортивные занятия. Подобный вид нагрузок не подходит для новичков по причине высокой интенсивности занятий.

Источники энергии при кратковременной работе.

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

АТФ + H2O     ⇒     АДФ + Ф + Энергия

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

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

Выглядит это так:

АДФ+ КрФ   ⇒   АТФ + Кр

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

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

Анаэробно-алактатная зона (спринт зона, или алактатная).

Энергия обеспечивается креатинфосфатным механизмом ресинтеза. Гликолитическое окисление может активизироваться после 10 сек, что приводит к накоплению лактата. Физическая активность обеспечивается за счёт всех типов мышечных волокон. Показатель ЧСС вследствие короткого времени работы организма в данном режиме является неинформативным, как и значение уровня концентрации лактата в крови. Однако, на протяжении нескольких минут после прекращения работы уровень лактата увеличивается и составляет максимально 5?8 ммоль/л. Потребление кислорода значительно падает. 

Тренировки в данной зоне направлены на развитие скоростных, скоростно-силовых качеств и воспитание максимальных силовых показателей. При систематических занятиях в этой зоне стимулируется рост миофибрилл в БМВ, что может приводить к повышению количества БМВ типа Б в процентном соотношении к остальным типам мышечных волокон. Общее время тренировочной активности суммарно не превышает 120?150 секунд. Мощность (интенсивность или скорость) выполнения упражнений- максимальная. 

В основном объёме тренировочного процесса в большинстве зон эффективности разные принципы энергообеспечения работают параллельно, и для достижения необходимых задач по развитию конкретных качеств и свойств организма спортсмена необходимо учитывать комбинированный и комплексный характер функционирования систем организма. Большое значение в планировании соотношения интенсивности нагрузок в тренировочном процессе от микро до макро циклов имеет грамотная система отбора атлетов применительно к выбранному виду спорта и физической активности с учётом генетически обусловленных факторов. 

Ресинтез АТФ в мышечных волокнах

Определение

Ресинтез АТФ – синтез АТФ из различных энергетических субстратов во время физической работы в мышечных волокнах.

Формула ресинтеза АТФ выглядит следующим образом:

АДФ+фосфат+энергия → АТФ.

Пути ресинтеза АТФ

Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:

• с участием кислорода (аэробный путь).
• без участия кислорода (анаэробный путь);

Аэробный путь (тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование) – основной способ образования АТФ в мышечных волокнах. Он протекает в митохондриях мышечных волокон. В результате тканевого дыхания выделяется 39 молекул АТФ. Окисляемое вещество распадается до углекислого газа и воды.

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах:

• Гипертрофия скелетных мышц человека
• Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека

Анаэробный ресинтез АТФ

Анаэробные пути ресинтеза АТФ являются дополнительными способами образования АТФ в мышечных волокнах в тех случаях, когда основной путь получения АТФ – тканевое дыхание не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количество кислорода. Эти механизмы ресинтеза АТФ активно функционируют в начале выполнения физических упражнений, когда тканевое дыхание не полностью «развернулось», а также при физических нагрузках высокой мощности.

Анаэробный ресинтез АТФ в мышечных волокнах возможен посредством нескольких механизмов:

• Креатинфосфатный ресинтез АТФ – ресинтез АТФ из креатинфосфата;
• Гликолитический ресинтез АТФ – ресинтез АТФ из гликогена мышц;

Миокиназный (аденилаткиназный) ресинтез АТФ – ресинтез АТФ из АДФ при значительном накоплении в мышечных волокнах АДФ. Рассматривается как аварийный механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ, когда другие пути ресинтеза АТФ невозможны.

Количественные критерии путей ресинтеза АТФ

Существуют количественные критерии путей ресинтеза АТФ. К ним можно отнести: максимальную мощность, время развертывания, время сохранения или поддержания максимальной мощности, метаболическую ёмкость (табл. 1).

• Максимальная мощность – максимальное количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени при функционировании данного пути ресинтеза АТФ.
• Время развертывания – минимальная длительность, необходимая для выхода ресинтеза АТФ на свою максимальную мощность.
• Время сохранения или поддержания максимальной скорости – длительность функционирования данного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью.
• Метаболическая ёмкость – количество АТФ, которое может образоваться во время мышечной работы за счёт данного пути ресинтеза АТФ.

Таблица 1. Количественные критерии основных путей ресинтеза АТФ (С.С. Михайлов, 2009)

Пути ресинтеза АТФ	Максимальная мощность, кал/мин кг	Время развертывания	Время сохранения максимальной мощности	Метаболическая ёмкость
Креатинфосфатный	900-1100	1-2 с	8-10 с
Гликолитический	750-850	20-30 с	2-3 мин.	При анаэробном окислении гликогена образуются 3 молекулы АТФ в расчете на одну молекулу глюкозы
Аэробный	350-450	3-4 мин.	Десятки минут	При аэробном окислении гликогена образуются 39 молекул АТФ в расчете на одну молекулу глюкозы (самый экономичный)

Соотношение между различными путями ресинтеза АТФ

При любой мышечной работе функционируют все три основных механизма ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды ресинтез АТФ осуществляется за счет креатинфосфатной реакции, затем включается гликолиз. По мере продолжения работы на смену гликолизу приходит тканевое дыхание (рис.1). Эта смена механизмов ресинтеза АТФ приводит к уменьшению суммарной выработки АТФ.

Рис.1.  Включение путей ресинтеза АТФ при выполнении физической работы (С.С. Михайлов, 2009)

Пути ресинтеза АТФ и зоны относительной мощности

В.С. Фарфель приводит следующее соотношение мощности работы и основной системы энергообеспечения (табл.2)

Таблица 2. Зоны мощности работы и основная система энергообеспечения (В.С. Фарфель)

Мощность работы	Основная система энергообеспечения	Типичное время работы
Максимальная	Креатинфосфатная реакция	до 20 с
Субмаксимальная	Гликолиз	до 5 мин.
Большая	Гликолиз+ тканевое дыхание	до 30 мин.
Умеренная	Тканевое дыхание	Более 30 мин.

J.T. Cramer (2008) приводит несколько иное соотношение зон мощности и основных систем энергообеспечения (табл.3)

Таблица 3. — Зоны относительной мощности и основная ситема энергообеспечения (J.T. Cramer, 2008)

% от максимальной мощности работы	Основная система энергообеспечения	Время работы
90-100	Креатинфосфатная реакция	5-10 с
75-90	Гликолиз	15-30 с
30-75	Гликолиз+ тканевое дыхание	1-3 мин.
20-30	Тканевое дыхание	Более 3 мин.

Аэробные нагрузки

Нагрузкой аэробного типа называют такие виды физической активности, которые длятся достаточно долго и требуют, прежде всего, интенсивного снабжения легких воздухом. Кислород в этом случае является основным источником энергии; регулярные и продолжительные нагрузки такого рода:

• укрепляют сердечнососудистую систему
• повышают выносливость
• оказывают мощное положительное влияние на психическую сферу
• сжигание жира
• улучшение работы легких
• стимулирование метаболических процессов

Это:

• любые виды бега на средние и дальние дистанции (включая бег на роликах и лыжах)
• плавание
• аэробика (ритмическая гимнастика)
• ходьба в быстром темпе
• езда на велосипеде с небольшой скоростью
• тренировка на велотренажере (аналогично езде с небольшой скоростью)
• танцы
• аэробика

Недостатки аэробных тренировок

• Организм привыкает к нагрузкам и требует постоянного их увеличения.
• Избыточное увлечение кардио нагрузками приводит к распаду мышечных тканей.
• Длительные нагрузки (свыше 1 часа) способны снизить иммунитет.

Анаэробная система

Глюкоза является единственным источником энергии, который может быть использован в отсутствии кислорода. Глюкоза запасается в мышцах и печени в виде гликогена. Гликоген — это длинная цепочка молекул глюкозы, сцепленных вместе. В анаэробной системе энергообразования глюкоза (из гликогена) распадается до вещества, которое называется пируват (пировиноградная кислота). В отсутствие кислорода пируват превращается в молочную кислоту, образуя две молекулы АТФ.

Анаэробная система обеспечивает быстрое поступление энергии, однако при анаэробной нагрузке начинает накапливаться молочная кислота, которая отрицательно сказывается на работе мышц и приводит к утомлению. Когда кислород снова становится доступен, молочная кислота опять превращается в пируват или непосредственно сжигается мышцами для энергии. Молочная кислота также может быть преобразована печенью в глюкозу.

Анаэробная система обеспечивает организм энергией во время нагрузки максимальной мощности, длящейся до 60 секунд, например во время бега на 100-400 м или при подъеме штанги, а также в первые секунды упражнения. Она также обеспечивает энергией во время ускорений, которые характерны для таких видов спорта, как футбол, баскетбол, хоккей и теннис.