Тренировки — это всегда испытание для биоэнергетических ресурсов организма, особенно мышц. Например, во время тяжелых нагрузок организм может в 15-25 раз увеличивать расход энергии. Основная цель — синтез АТФ для скелетных мышц, которые могут увеличивать энергопотребление в 200 раз. В этом цикле статей о метаболизме в спорте мы рассмотрим несколько важных моментов:
1) метаболический ответ организма при переходе из состояния покоя к физической нагрузке
2) особенности метаболизма при разной интенсивности и продолжительности нагрузки
3) оценка вклада БЖУ , факторы влияющие на выбор «топлива»
И мы начнем с 1 пункта, как метаболизм меняется в ответ на физическую нагрузку.
Энергетические потребности в покое
Напомним, что гомеостаз — это устойчивая и неизменная внутренняя среда . В состоянии покоя здоровый организм человека находится в гомеостазе, и поэтому потребности организма в энергии также постоянны. В состоянии покоя почти 100% энергии (т.е. АТФ), необходимой для поддержания функций организма, вырабатывается аэробным путем метаболизма. Из этого следует, что уровни лактата в покое также являются стабильными и низкими (например, 1,0 миллимоль на литр).
Поскольку измерение потребления кислорода (O2) (кислорода, потребляемого организмом) является показателем аэробного производства АТФ, измерение потребления O2 во время отдыха обеспечивает оценку «базовой» потребности организма в энергии. В состоянии покоя общая потребность в энергии у человека относительно низкая. Например, взрослый человек весом 70 кг будет потреблять примерно 0,25 литра кислорода каждую минуту; это соответствует относительному потреблению O2, равному 3,5 мл O2 на килограмм (вес тела) в минуту. Как упоминалось ранее, упражнения для мышц могут значительно увеличить потребность организма в энергии. Давайте начнем наше обсуждение метаболизма с рассмотрения того, какие биоэнергетические пути активируются при переходе от состояния покоя к нагрузке.
Из состояния покоя к упражнениям
Предположим, вы стоите рядом с беговой дорожкой, и она движется со скоростью 7 км в час, и вы прыгаете на нее и начинаете бегать. В течение одного шага вы набираете скорость с 0 до 7 км/ч и за этот шаг мышцы увеличивают уровень скорость производства АТФ от той, которая требуется для стояния, до скорости, необходимой для работы на скорости 7 км в час (см. рис. 1 (а) и (b))
Если бы производство АТФ не увеличилось мгновенно, вы бы упали с беговой дорожки! Какие метаболические изменения должны произойти в скелетных мышцах в начале упражнения, чтобы обеспечить необходимой энергией для продолжения движения? Подобно измерению потребления O2 во время отдыха, измерение потребления O2 во время упражнений может предоставить информацию об аэробном метаболизме во время упражнений. Например, при переходе от отдыха к легким или умеренным нагрузкам потребление O2 быстро увеличивается и достигает устойчивого состояния в течение одной-четырех минут (рис. 1 (с)).
Тот факт, что потребление O2 не увеличивается мгновенно до стационарного значения(steady-state), означает, что анаэробные источники энергии вносят вклад в общее производство АТФ в начале тренировки. Действительно, многие данные свидетельствуют о том, что в начале тренировки система АТФ-КФ(креатинфосфат) является первым активным биоэнергетическим путем, за которым следует гликолиз и, наконец, выработка аэробной энергии . Это показано на рисунке 2 (а), на котором концентрация КФ(кретинфосфат) в мышцах резко падает во время трехминутной тренировки.
Рисунок 2 (b) показывает, что производство АТФ с КФ было самым высоким в первую минуту упражнений и после этого уменьшилось, отчасти из-за сокращения пула КФ.
Рисунок 2 (с) показывает, что гликолиз уже вносил вклад в АТФ в течение первой минуты упражнений и увеличивался в течение второй минуты .
Эффективность этих двух анаэробных систем в первые минуты упражнений такова, что уровни АТФ в мышцах практически не изменяются, даже несмотря на то, что АТФ используется с гораздо большей скоростью . Тем не менее, когда достигается устойчивое потребление кислорода, потребность организма в АТФ удовлетворяется за счет аэробного метаболизма, что указывает на то, что АТФ вырабатывается аэробно так же быстро, как и используется. Основной момент, который следует подчеркнуть в отношении биоэнергетики переходов между отдыхом и работой, заключается в том, что в нее вовлечено несколько энергетических систем. Другими словами, энергия, необходимая для физических упражнений, обеспечивается не просто путем включения одного биоэнергетического пути, а скорее смесью нескольких метаболических систем, работающих со значительным перекрытием.
Дефицит кислорода
Термин дефицит кислорода относится к отставанию в поглощении кислорода в начале тренировки. В частности, дефицит кислорода определяется как разница между поглощением кислорода в первые несколько минут упражнений и равным периодом времени после достижения устойчивого состояния (90, 97). В течение этого времени большая часть АТФ поставляется анаэробно (система АТФ-ПК и гликолиз), поскольку выработка аэробного АТФ недостаточна, пока поглощение кислорода не достигнет устойчивого состояния. Это представлено как заштрихованная область в левой части рисунка 4.1 (с). Что является причиной задержки в поглощении кислорода в начале тренировки? Это происходит из-за неадекватной доставки кислорода в мышцу, или это неспособность окислительного фосфорилирования возрастать сразу же, как только начинается тренировка из-за недостатка накопленной АДФ(которая стимулирует окислительное фосфорилирование)? Ответ прост — эти 2 механизм взаимодополняют этот процесс.
В эксперименте было доказано, что тренированные взрослые и подростки достигают установившегося VO2 быстрее, чем неподготовленные, что приводит к меньшему дефициту кислорода. Каково объяснение этой разницы? Вероятно, что у подготовленных субъектов лучше развита аэробная биоэнергетическая способность, обусловленная сердечно-сосудистой или мышечной адаптацией, вызванной тренировкой на выносливость. На практике это означает, что аэробная продукция АТФ активна раньше в начале упражнений и приводит к меньшему производству лактата и H + у тренированного человека по сравнению с неподготовленным человеком.
Продолжение следует…
Источник:
Exercise physiology : theory and application to fitness and performance / Scott K. Powers, Edward T. Howley.
Подписывайтесь на наши каналы по ссылкам:
https://t.me/RunEvolutionRehab
https://www.instagram.com/runevolutionrehab/
http://evolutionrun.com