Енергетичні система роботи м'язів являє собою складний процес. Давайте розберемося звідки наш організм черпає енергію для повсякденної життєдіяльності і вибухових навантажень.
Основними джерелами енергії для роботи м'язів є:
1. фосфатні сполуки - аденозинтрифосфат (АТФ) і креатинфосфату (КФ)
2. вуглеводи - глюкоза і глікоген;
3. жири;
4. білки, але на щастя, в енергозабезпеченні організму вони грають далеко не провідну роль і беруть участь в енергетичному обміні речовин лише у випадках голодування, тривалих і дуже важких навантаженнях.
Запаси АТФ, КФ, глікогену і жирів накопичуються в самій м'язовій клітці і, крім того, глікоген і жири накопичуються так само в печінці і в підшкірній жировій клітковині.
Запаси АТФ і КФ настільки малі і нікчемні, і, в кращому випадку становлять лише кілька кілокалорій, їх вистачає всього лише на 1-3 секунди інтенсивної роботи!
А ось запасів глікогену у нас значно більше. У нетренованого людини запаси глікогену становлять близько 450 гр (приблизно 1800 ккал), а у тренованих людей можуть доходити і до 750 гр, що дає близько 3000 ккал.
Велика частина запасеного глікогену розташовується в м'язах, а печінки дістається близько 150 гр, тобто близько 600 ккал. Тому в плані енергетичного забезпечення м'язів, м'язовий глікоген набагато ефективніше, так як його не потрібно транспортувати по кровоносному руслу із запасників і сховищ і запихати в клітку - він вже там!
М'язи з радістю накопичують інформацію, що надходить до них глюкозу у вигляді глікогену, АЛЕ з великим небажанням віддають накопичений глікоген назад, для споживання іншими, інтенсивно працюють м'язами. Це означає, що працюючий м'яз, вичерпавши свої запаси глікогену, не полізе «в кишеню» до інших, які не працюють зараз м'язам, а буде використовувати вже інші джерела енергії. І, по-друге, глікоген з печінки так само дуже не часто використовується для роботи м'язів, так як він необхідний в першу чергу для роботи головного мозку і всієї нервової системи. Тому всілякі захисні механізми перешкоджають надмірного споживання глікогену печінки м'язами і підтримують постійний рівень цукру в крові.
Тепер про жирах. Ось їх у нас ще більше ніж глікогену, набагато більше - приблизно від 30 000 до 100 000 і більше кілокалорій. Зрозуміло, що переважна кількість цих калорій зберігається на наших таліях, жовтих, ногах і інших принади, а в м'язах жиру «всього-то» близько 1900 калорій, тобто приблизно 200 гр. з невеликим.
Всі наведені тут дані досить приблизні і усереднені, і дають тільки загальне уявлення про кількість що зберігається в нас енергії.
Тепер про найголовніше.
Безпосереднім джерелом енергії для м'язових волокон ЗАВЖДИ є аденозинтрифосфат (АТФ). Тому, все перетворення жирів, вуглеводів та інших енергоносіїв в клітці зводяться до постійного синтезу АТФ. Тобто всі ці речовини «горять» для створення молекул АТФ.
Ось дивіться, як все відбувається:
Для отримання енергії аденозинтрифосфат (АТФ) розщеплюється на аденозиндифосфат (АДФ) і фосфат (Ф). При цьому розщепленні виділяється енергія, яка і використовується для скорочення м'язових.
Умовно цей процес можна записати ось так:
АТФ -> АДФ + Ф + Енергія (1)
Але отриманої таким чином енергії вистачає ненадовго (1-3 сек), тому що запаси АТФ дуже малі, та й використовується отримана енергія для виконання роботи лише на одну третину, решта дві третини виділяються у вигляді тепла. Тому тут же запускаються механізми зворотного синтезу АТФ, тобто що виникають в результаті розщеплення АТФ продукти АДФ і Ф з'єднуються знову:
АДФ + Ф + Енергія -> АТФ (2)
Для здійснення цієї реакції вже ПОТРІБНО енергія. Ось для її отримання та задіюються інші речовини. Причому, в залежності від того, чи бере участь кисень в отримання цієї енергії, або ж цей процес обходиться без нього, і розрізняють анаеробне (без участі кисню) і аеробне (за участю кисню) енергоутворення.
Так ось, за допомогою яких енергоносіїв здійснюватиметься відновлення АТФ, залежить від кількості енергії необхідної в одиницю часу.
При дуже інтенсивній м'язовій роботі, різко починає виконуватися зі стану спокою, АТФ відновлюється за допомогою креатинфосфату (КФ) - ось і до нього черга дійшла. У цьому випадку схема отримання АТФ виглядає наступним чином:
КФ + АДФ -> Креатин (К) + АТФ (3)
У даній ситуації креатинфосфат розпадається на Креатин і Фосфат з вивільненням необхідної енергії, яка і задіюється при з'єднанні утворився фосфату (Ф) з аденодіндіфосфатом (АДФ) для синтезу АТФ.
Для більшого розуміння можна спробувати записати ось так:
КФ + АДФ> До + Ф + енергія + АДФ -> К + АТФ (3)
Такий процес досить енергоеффектівен, так як вихід енергії в результаті таких перетворень приблизно відповідає енергії одержуваної від розщеплення АТФ.
Але, креатинфосфату в м'язі міститься всього лише в 3-4 рази більше, ніж самих запасів АТФ, так що і його вистачає лише на 7-12 секунд гранично інтенсивної роботи, ну, або ж на 15-30 секунд просто інтенсивного скорочення м'язів. А далі - все. Особливо ця ситуація буває помітна у новачків, 30 секунд вони весело махають мечем, а потім "здихають" - їх запаси фосфатів, багатих енергій, практично вичерпані, і організм в такій ситуації просто змушений переключатися на отримання енергії з менш ефективного джерела-глікогену.
Глікоген, що міститься в м'язі, в таких ось умовах буде розщеплюватися без участі кисню на молочну кислоту-лактат. Точніше навіть без участі кисню глікоген розщеплюється в повному обсязі, а лише до
освіти молочної кислоти. Само собою при такому розщепленні буде виділятися енергія необхідна для синтезу АТФ. Спрощено наша формула буде виглядати так:
Глікоген -> Лактат + АТФ (4)
Ну, а більш детально ось так:
Глікоген -> Лактат (молочна кислота) + енергія + Ф + АДФ -> Лактат + АТФ. (4)
Така ось система носить назву анаеробної лактатної системи або як ще її називають анаеробна гліколітична система.
Але ось біда, при такому способі розщепленні глікогену, за одне і теж час енергії виходить в кілька разів менше, ніж при розщепленні креатинфосфату. Ось тому і доводиться знижувати інтенсивність виконуваної роботи, бо для більш швидких і потужних рухів енергії просто не вистачає.
Анаеробне розщеплення глікогену починається практично з самого початку роботи, адже наш організм не знає заздалегідь, яке навантаження на нього чекає, тому і намагається активізувати всі свої енергетичні системи практично одночасно, щоб не допустити перерв у роботі. На свою максимальну потужність анаеробна лактатная система виходить приблизно через 15-20 секунд роботи граничної інтенсивності, тобто коли закінчуються запаси креатинфосфату. Але дія і цієї системи не може тривати довгий час, так що її вистачає на 2 -3 хвилини дуже інтенсивної роботи. І тут справа не в тому, що запаси глікогену закінчуються, немає, його залишається ще досить багато для продовження роботи. Причина неможливості продовжувати роботу заданої інтенсивності криється в іншому - в молочній кислоті. При тривалих інтенсивних навантаженнях кількість утвореною молочної кислоти перевищує поріг її можливого засвоєння і утилізації іншими м'язами і буферними системами крові. Ну, а далі, випускаючи занадто розумні терміни і хімічні реакції, надлишок молочної кислоти в кінцевому рахунку призводить до зниження швидкості розщеплення глікогену, що призводить до зменшення кількості синтезується АТФ і як наслідок, до зниження працездатності. У такій ситуації нам нічого не залишається робити, як зупинитися, щоб «перевести подих» і дочекатися висновку з працюючих м'язів надлишків молочної кислоти, або ж ще знизити інтенсивність виконуваної роботи, що б запустити наступну систему отримання енергії - аеробне.
Так ось, глікоген для утворення енергії може розпадатися не тільки на молочну кислоту (лактат). У присутності достатньої кількості кисню (О2), глікоген може розпадатися до вуглекислого газу (СО2) і води (Н2О), звичайно ж з вивільненням енергії. Але процес цей не швидкий, і проходить він в два етапи: спочатку глікоген розщеплюється до вже відомої нам молочної кислоти, а потім відбувається окислення молочної кислоти. На виході виходить вуглекислий газ, вода і велика кількість енергії, причому навіть більше, ніж при анаеробному розщепленні глікогену, адже в хід йде ще й молочна кислота, з якої теж витягується енергія.
Відповідно, наша формула буде виглядати наступним чином:
Глікоген + О2 -> Н2О + СО2 + АТФ (5)
Така ж реакція може відбуватися і з жирними кислотами, які так само перетворюються в воду і вуглекислий газ:
Жирні кислоти + О2 -> Н2О + СО2 + АТФ (6)
Але і в роботі аеробного системи теж не все так просто:
да, запасів глікогену і жирів вистачає на багато і багато часу м'язової роботи, так, при такому способі отримання енергії не утворюється молочна кислота, яка впливає на стомлюваність м'язів, але зате є обмеження по кількості кисню, так як його надходження залежить, в основному, від роботи серцево-судинної і дихальної системи. Чим більше серце і легені можуть поставити працюючих м'язів кисню - тим більше енергії можна зробити таким аеробних способом.
Причому для згоряння жирних кислот кисню потрібно ще більше, ніж для розщеплення глікогену - за деякими даними більше на 12%. Ефективність енергозабезпечення за рахунок жирових запасів залежить ще від швидкості протікання ліполізу (процесу розщеплення жирів на складові їх жирні кислоти) і від швидкості кровотоку в жировій тканині для забезпечення своєчасної доставки цих жирних кислот до м'язових клітин.
Аеробна система, як і інші системи отримання енергії для синтезу АТФ запускається практично відразу ж в момент початку фізичних навантажень, але «раскочегарівается» дуже повільно і поступово, тому на свою максимальну потужність виходить після 2-3 хвилин інтенсивного навантаження. Причому, як уже говорилося, спочатку переважає розпад глікогену, і тільки потім, хвилин через 20-30 починає переважати розпад жирних кислот.
Підсумуємо:
У нас завжди одночасно працюють 4 енергетичні системи:
1) Аеробна алактатного (фосфатная) (АТФ, креатинфосфату);
2) Анаеробна лактатная (гліколітична) (Глікоген м'язів і печінки і глюкоза крові);
3) Аеробний гліколіз (Глікоген м'язів, печінки і глюкоза крові);
4) Аеробне окислення жирних кислот (Жирні кислоти)
їх запаси можна збільшувати за рахунок тренувань, так само як і їх ефективність за рахунок поліпшення роботи серцево-судинної і дихальної системи. Можна "перевчити" м'язи для роботи під певною системою. Якими тренуваннями - це вже інше питання =)