Энергетика мышечной деятельности

Аэробное расщепление углеводов до определенной стадии (до образования пировиног-радной кислоты) осуществляется так же, как и при анаэробном гликолизе. Но в аэробных условиях пировиноградная кислота не превращается в молочную кислоту, а окисляется далее до углекислого газа и воды, которые легко выводятся из организма. При этом из одной глюкозной единицы гликогена в конечном итоге образуется 39 молекул АТФ. Таким образом, аэробное окисление гликогена более эффективно, чем анаэробное. Еще больше энергии выделяется при окислении жиров. В среднем 1 моль смеси различных специфических организму человека жирных кислот обеспечивает ресинтез 138 молей АТФ. При одинаковом по весу расходе гликогена и жирных кислот, последние обеспечивают почти в три раза больше энергии, чем углеводы. Жиры, таким образом, обладают наибольшей энергоёмкостью из всех биоэнергетических субстратов (см. табл. 4).
Чем выше относительная мощность аэробной работы, тем выше относительный вклад в энергопродукцию углеводов, и меньше жиров.

Между мощностью физической работы аэробного характера и скоростью потребления кислорода существует линейная зависимость, поэтому интенсивность аэробной работы можно охарактеризовать скоростью потребления кислорода. При определенной мощности физической нагрузки достигается индивидуальное для каждого человека максимальное потребление кислорода (МПК), показатель которого является интегральным критерием мощности аэробной системы энергообеспечения. Мощность физической нагрузки (или скорость передвижения), при которой достигается МПК, называется критической. У молодых здоровых нетренированных мужчин МПК составляет в среднем 40-50 мл/кГ-мин, а у высокотренированных спортсменов в видах спорта на выносливость - достигает 80-90 мл/кГ-мин.

При равномерной непрерывной работе, если ЧСС не превышает 150-160 уд/мин, скорость потребления кислорода возрастает до такой величины, которая запрашивается работающими мышцами, а организм способен удовлетворять этот «запрос». Работа на данном уровне мощности физической нагрузки при «устойчивом состоянии» метаболических процессов может продолжаться достаточно долго (см. рис. 9).
При возрастании интенсивности работы, когда ЧСС увеличивается до 170-190 уд/мин, «устойчивое состояние» не устанавливается, хотя потребление кислорода возрастает до достижения МПК. Максимальный уровень потребления кислорода даже у тренированных людей не может поддерживаться долго - больше 6-8 минут.

Таблица 4. Сравнительная ёмкость источников энергии мышечного сокращения (на 1 моль субстрата)

Если мощность работы превысила уровень МПК, то устойчивое состояние работоспособности не устанавливается, т. е. возникает ложное устойчивое состояние».При такой работе потребность организма в кислороде полностью не удовлетворяется, так как уже исчерпаны возможности сердечнососудистой системы по его доставке к работающим мышцам или исчерпана окислительная способность дыхательных ферме тов в мышечных клетках (рис. 10).

В условиях кислородного дефицита активизируются анаэробные системы ресинтеза АТФ. С началом интенсивной работы и в первые секунды её выполнения, при срабатывании» организма или при резких кратковременных увеличениях мощности работы (<спуртах»), преимущественное значение для энергообеспечения имеет фосфагенная система. Но по мере исчерпания ей энергетических резервов в работающих мышцах, начинает возрастать роль анаэробного гликолиза. Организм при этом работает как бы «в долг». Этот кислородный «долг» устраняется во время отдыха или при существенном снижении мощности работы. При этом восстановление израсходованных фосфагенов (АТФ+КрФ) происходит полностью через 3-5 минут, а наполовину - за 25-30 секунд отдыха. Это так называемый быстрый (алактатный) компонент кислородного долга. Та же его часть, которая отражает степень участия в работе анаэробного гликолиза и, следовательно, восстановление израсходованных субстратов — полностью устраняется лишь за 1,5-2,0 часа, а наполовину - за 15-30 минут. Это медленный (лактатный) компонент кислородного долга (см. рис. 10).

Образование молочной кислоты в мышечных клетках имеет место с началом практически любой, даже преимущественно аэроб¬ной физической работы. Однако, содержание МК в крови во время легкой работы мало отличается от уровня покоя. При увеличении мощности работы и возрастании потребления кислорода более 50% от МПК, кривая накопления МК в крови резко поднимается (см.рис. 11). Эта граница выраженного перехода от преимущественно аэробного энергообеспечения работы к смешанному аэробно-анаэробному, когда начинают активизироваться анаэробные процессы, называется анаэробным порогом, или порогом анаэробного обмена (ПАЛО). Если рабочая нагрузка превышает уровень ПАН О, в работающих мышцах и в крови начинает интенсивно накапливаться молочная кислота, тяжесть физической работы возрастает и она рассматривается в физиологии труда и спорта как напряженная работа смешанной аэробно-анаэробной направленности. Показатели ПАН О являются критериями аэробной эффективности.

Рис 10. Кислородный приход, кислородный дефицит и кислородный долг при длительной работе разной мощности. А -при легкой, Б - при тяжелой, и В - при истощающей работе; I - период врабатывания; II - устойчивое (А, Б) и ложное устойчивое (В) состояние во время работы; Ш - восстановительный период после выполнения упражнения; 1 - алак-татный, 2 - гликолитический компоненты кислородного долга (по Волкову Н. И., 1986).