Процесс образования энергии во время работы мышц

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.

Повреждения волокон

Через 12-24 часа после интенсивной тренировки мышцы часто начинают слегка (или не слегка, если был перебор с нагрузкой) болеть. Причина — повреждения сократительных белков внутри мышечной клетки, а иногда и в оболочке клетки. Некоторая легкая (!) болезненность может косвенно влиять на рост мышц.

Ответ организма на повреждение в мышце можно сравнить с острой воспалительной реакцией на инфекцию. Иммунные клетки (нейтрофилы, макрофаги и другие) отправляются в поврежденную ткань, чтобы удалить остатки клеток и помочь сохранить структуру волокна. Организм так же вырабатывает сигнальные молекулы — цитокины. Все это приводит к ответной реакции, запускающей рост мышц, чтобы они смогли быть более устойчивы к будущим повреждениям.

Тем не менее, боль в мышцах — ни в коем случае не является необходимым условием для роста. Со временем мышцы, соединительная ткань и иммунная система становятся все более эффективными в борьбе с повреждением волокон. Чем дольше и интенсивнее вы тренируетесь, тем меньше боли вы можете чувствовать (если, конечно, нагрузка вдруг не окажется слишком большой).

Если после тренировки больно ходить, сидеть, поднимать и опускать руки, вы превысили способность организма к восстановлению. Цель — стимулировать, а не уничтожить.

Есть люди, которые никогда не испытывают никакого дискомфорта после тренировок, но тоже растут, потому что микроповреждения могут быть и без боли.

Источники энергии при непродолжительной работе.

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

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

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

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

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

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

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

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

 Гликоген    ⇒     АТФ + Молочная кислота  

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

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

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

Признаки слабой энергии

Определить, что ваш духовный уровень истонченный и слабый, очень просто. Есть ряд верных признаков, указывающих на это:

• вялость и сонливость в течение дня, несмотря на достаточное время сна;
• потеря концентрации при выполнении задачи, которая требует каких-либо усилий; даже самые простые занятия могут казаться невыполнимыми;
• апатия и склонность к частым депрессиям;
• частые вспышки злости и агрессии в ответ на любой ментальный или телесный контакт;
• уныние без видимых на то причин, отсутствие чувства юмора;
• повышенная склонность к тревогам и волнениям.

Если вы находите у себя эти симптомы, значит, пора пополнить уровень заряда. К слову, определить ваш внутренний потенциал и склонность к истощению энергетики можно с помощью ДНК-исследования. Достижения ученых в этой области позволяют читать информацию, заложенную в нас на генетическом уровне. Энергия тела человека тоже относится к этим данным.

Энергетическая структура человека

Первую классификацию жизненная энергия получила благодаря древним философским и религиозным учениям, особенно индуизму. Эти труды выделили семь основных тел сознания и организма:

• Физическое. То, что мы видим, глядя на себя в зеркало.
• Эфирное. Здесь и заключается жизненная энергетика.
• Астральное. В этой сфере расположены наши эмоции.
• Ментальное. Место, где зарождается любая мысль.
• Кармическое. Определение судьбы и последствий поступков.
• Буддхическое. Душа каждого из нас.
• Атмическое. Уровень духа и жизненные цели.

Все тела нашего существования связаны между собой. Только гармоничное развитие каждой стороны даст возможность быть счастливым и полноценным членом любого общества. В современном мире очень много факторов, которые могут разрушать энергетические границы личности. Нужно прилагать усилия, чтобы противостоять этим влияниям.

Как развивается резистентность к инсулину

Когда в организм каждый день поступает избыток глюкозы, клетки мышц и печени перенасыщаются и не могут больше поглощать и хранить глюкозу. Однако постоянное поступление глюкозы в кровь из пищи с высоким содержанием углеводов требует, чтобы глюкоза использовалась. Поскольку этого не происходит, уровень глюкозы в крови не уменьшается и постепенно растет.

Поджелудочная железа выделяет больше инсулина, чтобы сигнализировать клеткам, что уровень глюкозы в крови слишком высок, и что им нужно поглощать больше глюкозы. Клетки не могут поглощать глюкозу, они переполнены и сопротивляются ее проникновению. 

Поджелудочная железа переходит в усиленный режим работы, выделяя еще больше инсулина, пытаясь преодолеть клеточное сопротивление и заставить глюкозу проникать в клетки. Развивается гиперинсулинемия, компенсирующая высокий уровень глюкозы. Некоторые эндокринологи справедливо утверждают, что лучший термин для этого ухудшающегося состояния не резистентность к инсулину, а хроническая гиперинсулинемия, так как мышцы и клетки печени на самом деле не «устойчивы» к инсулину, просто они полны и не могут реагировать, несмотря на усиление работы поджелудочной железы. 

В жировой ткани увеличивается гидролиз триглицеридов, которые в ней хранятся и снижается способность поглощения липидов, циркулирующих в крови. Содержание свободных жирных кислот в плазме увеличивается, что может дополнительно ухудшить резистентность.

Как правило, клетки жировой ткани сохраняют чувствительность к инсулину при сопротивлении мышечных и клеток печени, они продолжают поглощать глюкозу и синтезировать из нее жир. Образование новой жировой ткани приводит к увеличению веса и усилению процесса резистентности к инсулину.

Определенное время компенсаторный механизм поддержания уровня глюкозы крови за счет увеличения выделения инсулина сохраняется. Но поджелудочная железа постепенно уменьшает выработку инсулина, поэтому уровень сахара также постепенно растет. Это приводит к увеличению постпрандиальной глюкозы (после приема пищи) и глюкозы в крови натощак. Отсюда нарушение толерантности к глюкозе по результатам ОГТ теста и уровня глюкозы натощак служит одними из методов определения резистентности к инсулину. 

Если повышается резистентность, и прекращается работа поджелудочной железы, так как клетки со временем изнашиваются и перестают вырабатывать инсулин, может развиться диабет.

Влияние энергии на жизнь человека

Больше всего о внутренней энергетике говорят те, кто занимается эзотерикой, йогой и духовными практиками, схожими с индуизмом. В этом мировоззрении внутренняя сила – это вполне осязаемая вещь, которую мы получаем от окружающей среды. Солнце, земля, растения и люди – все, что находится вокруг нас, делится частичкой себя.

Согласно более точным наукам, для полноценного и здорового существования недостаточно удовлетворять только физиологические потребности. Нужна подпитка других внутренних потоков. Это обстоятельство значительно отличает нас от зверей. Сильный дух и энергетика позволяют добиваться любых целей

Потому важно укреплять и повышать свой внутренний уровень энергии.

Виды углеводов

Углеводы — это полиатомные альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды. Основные представители углеводов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные представители углеводов

Углеводы	Основные представители
Моносахариды	Гексозы (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза), триозы, тетрозы, пентозы
Производные моносахаридов	Сахарные кислоты, дезоксисахара, аминосахара, сиаловые кислоты
Дисахариды	Мальтоза, лактоза, сахароза
Олигосахариды	Мальтодекстрин
Полисахариды: гомополисахариды гетерополисахариды	Крахмал, гликоген, целлюлоза Гликозаминогликаны

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.), или пищевые волокна, играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (см. табл. 2). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Перевариваемые углеводы в тонкой кишке расщепляются до дисахаридов, а далее, путем пристеночного пищеварения, до моносахаридов.

Таблица 2. Роль неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) в питании

	Основные эффекты
Прием пищи	увеличение объема пищи и периода ее приема; снижение энергетической плотности пищи; усиление чувства насыщения
Влияние на верхние отделы желудочно-кишечного тракта	торможение опорожнения желудка; стимуляция процессов желчеотделения
Влияние на тонкую кишку	связывание нутриентов, торможение абсорбции глюкозы, аминокислот и холестерина, токсических веществ; торможение гидролиза крахмала
Влияние на толстую кишку	нормализация состава кишечной микрофлоры; формирование каловых масс и повышение скорости их транзита

Метаболизм глюкозы

Всасывание моносахаров происходит путем облегченной диффузии и активного транспорта, что обеспечивает высокую их абсорбцию даже при низкой концентрации в кишечнике. Основным углеводным мономером является глюкоза, которая изначально по системе воротной вены доставляется в печень, а далее или метаболизируется в ней, или поступает в общий кровоток и доставляется в органы и ткани.

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо- 6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

• расщепление вновь до глюкозы в печени, почках и эпителии кишечника, что позволяет поддерживать постоянный уровень сахара в крови;
• синтез депонируемой формы глюкозы — гликогена — в печени, мышцах и почках;
• окисление по основному (аэробному) пути катаболизма;
• окисление по пути гликолиза (анаэробного катаболизма), обеспечивающего энергией интенсивно работающие (мышечная ткань) или лишенные митохондрий (эритроциты) ткани и клетки;
• по пентозофосфатному пути превращений, происходящему под действием коферментной формы витамина B1, в ходе которого генерируются продукты, используемые в синтезе биологически значимых молекул (НАДФ∙Н2, нуклеиновых кислот).

Таким образом, метаболизм глюкозы может происходить по различным направлениям, использующим ее энергетический потенциал, пластические возможности или способность депонироваться.

НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Энергия накапливается в химических свя­зях углеводов, жиров и белков

Белки

Хи­мическая энергия белков, как источник обеспечения физической деятельности, НЕ ис­пользуется сразу. Первичными поставщи­ками энергии химических связей являются жиры и углеводы.

Жиры

Жиры превращаются в жирные кислоты и используются организ­мом:

• в различ­ных процессах синтеза;
• как источник энергии.

Избыток жирных кислот в виде триглицеридов на­капливается в основном в жировой ткани. А так же, частич­но, в мышечной. Пределов накопле­ния жира не существует. Запасы жира в сто и более раз превы­шают энергетические резервы углеводов.

Углеводы

Углеводы превращаются в глюкозу, а так же в другие простые сахара. Эти простые сахара превращаются в глюкозу, которая может быть использована:

• в процессах синтеза;
• в качестве источника энергии.

Избыточные молекулы глюкозы включаются в молекулы гликогена, который накапливается в печени и мышечной ткани

Гликоген

Ко­личество гликогена, которое может быть на­коплено, составляет у взрослого человека около 100 г в печени и 375 г в мышцах. Аэроб­ные тренировочные нагрузки могут увеличить уровень накопления мышечного гликогена в пять раз.

Избыток углеводов, превышающий необ­ходимый для максимального заполнения по­тенциальных депо гликогена уровень, превращается в жирные кислоты и накапливается в жировой ткани.

По сравнению с любым бел­ком или углеводом, жиры увеличивают количество энергии, измеренное в килокало­риях более чем вдвое. Потому жиры являются эффективным средством накопления энергии при минимиза­ции массы тела.

Энергия накопленного гликогена или жира хранится в химических связях этих веществ

Креатинфосфат (КрФ), или фосфокреатин

Еще одна форма накопления энергии, поступающей от химических связей пищевых продуктов. Организм синтезирует креатинфосфат и накапливает небольшие его количества в мышцах.

Почему возникает резистентность к инсулину?

Установлено три фактора риска, которые способствуют развитию резистентности к инсулину: генетические, окружающей среды и образа жизни. 

Предполагается, что у некоторых людей генетически выше вероятность развития резистентности к инсулину, например, при наличии диабета в семье. Но, скорее всего, наибольшее влияние оказывают изменения в питании, которые произошли в последние десятилетия. 

Большая доступность дешевых, энергетически насыщенных продуктов питания и напитков привела к тому, что все население перешло на нездоровый образ жизни, характеризующийся потреблением продуктов с высоким содержанием сахара и других рафинированных углеводов. Они распадаются на большое количество глюкозы, которая не нужна для производства энергии при малоподвижном образе жизни. В результате лишние углеводы хранятся в клетках.

Как работает мышечная память?

Медицина уже давно занимается мышечной памятью, и связывают они это явление с работой нервной системой, усилением возбудимости моторных нейронов, и появлением новых связей (синапсов), благодаря чему, улучшается нервно-мышечная связь. У тренированного спортсмена, который приступил к активной, физической нагрузке гораздо быстрее, чем у новичка происходит рост новых сосудов, улучшается питание двигательных областей, секретируются регуляторные белки нервной ткани, которые обеспечивают пластичность нейрональной ткани.

Под руководством Kristian Gundersen (University of Oslo) норвежские ученные путем экспериментов установили, что мышечные волокна обладают собственной памятью, благодаря появлению новых ядер. Мышечные клетки, формируют мышечные волокна, длина клеток примерно равно длине мышцам атлета (до 20 см), по ширине они очень тонкие – до 100 мкм. Мышечные клетки содержат много ядер, это одни из немногих клеток у позвоночных животных, которые являются многоядерными.

Строение мышечной клетки

Суть эксперимента:

Опыт проводился на мышах, которым удалили частично переднюю большеберцовую, для того чтобы нагрузить мышцу голени, а точнее длинный разгибатель пальцев (EDL). Таким образом, мышца голени получила дополнительную нагрузку, так как частично удаленная мышца действовала в том же направлении, что и изучаемая.

Через определенное время, ученные пронаблюдали, что происходит с изучаемой мышцей. Выяснилось, что за 3 недели, мышечные волокна в EDL, стали заметно утолщаться, площадь поперечного сечение возросла на 35%, кроме того в мышечных клетках (клетки которые составляют мышечные волокна), увеличилось число ядер, на 54%, причем наблюдалась прямая зависимость, между увеличением новых ядер в клетках и увеличением толщины мышечных волокон. На шестой день эксперимента, ядра начали активно умножаться, и только на 11 день их число стабилизировалось, а толщина мышечного волокна начала расти на 9-ый день, и остановилась на 14-ый.

Другая группа мышей, подверглась такому же эксперименту, только он уже длился не 3, а 2 недели. Таким образом, по пришествию 14 дней, после операции, ученные зафиксировали у мышей следующие данные: количество ядер в мышечных волокнах увеличилось на 37%, а толщина волокна на 35%.

Следующим шагом ученых заключался в том, чтобы создать такие условия, при которых исследуемая мышца (EDL) не подвергалась бы нагрузки, то есть не тренировалась, выход был прост, они перерезали идущий к ней нерв. Через 2 недели наступила атрофирование мышцы, потеря в толщине мышечных волокон составила 40% от наибольшего значения, но число новых ядер осталось на том же уровне.

Чем больше ядер, тем больше образуется генов, которые отвечают за управлением производства (синтеза) сократительных белков мышцы — актина и миозина. Такие изменения, посредством тренировочного процесса в мышцах остаются надолго, даже спустя три месяца мышечной атрофии, число новых ядер не уменьшилось. И это очень удивило ученных, так как они предполагали, что апоптоз (запрограммированная гибель клетки) разрушит дополнительные (лишние) ядра, но этого не случилось.

Новые ядра просто снизили свою функциональную активность, так сказать перешли в анабиоз, уснули.

Механизм работы мышечной памяти

Ученные сделали окончательный вывод: основу мышечной памяти составляют новые ядра в клетках. После длительного перерыва в тренировочном процессе, с началом тренировок, наработанная мышечная память, то есть дополнительные ядра, начинают переходить в стадию активного функционирования, в результате чего наблюдается усиленный синтез белка, увеличения объема и массы клеток, которые регулируются ядерными процессами ДНК. А причиной образования новых ядер в мышечном волокне, с точки зрения биохимии является, деление клеток миосателлитоцитов (путем митоза) и последующее их слияние с мышечными клетками (мышечным волокном).

Имейте в виду, что чем старше человек становиться, тем способность деление миосателлитоцитов снижается, по этой причине, пожилым атлетам гораздо сложнее накачаться, если он тягал «железо» в молодые годы, и наоборот, если бывший тренированный спортсмен, решит возобновить свой тренинг, он достаточно быстро наберет физическую форму.

Механизм мышечного сокращения

Мышечное сокращение происходит благодаря, скольжению актиновых нитей вдоль миозиновых (скользящее сокращение), при этом сокращается общая длина актомиозинового комплекса, без изменения длины нитей актина и миозина. Первостепенную роль в сокращении мышц играют временно замыкающиеся поперечные мостики (головки миозиновых молекул), которые и обеспечивают продвижение актиновых нитей вдоль миозиновых. Соответственно, сила мышечного сокращения будет завесить от мостиков, — чем больше прикреплено мостиков к актиновым нитям, тем сильнее сокращение.

Наряду с АТФ, важную роль в сокращении мышечного волокна играют еще ионы кальция, магния и вода.

Количество воды, которая содержит мускулатура, равняется примерно 72-80%, при этом мышечная ткань также содержит большое количество белков, и в малых количествах — гликоген, фосфолипиды, холестерин, креатинфосфат, креатин, витамины.

Чем больше мышечных волокон в скелетных мышцах, тем сильнее они будут.

Механизм мышечного сокращения человека