Биоэнергетика мышечной деятельности

Аэробный и анаэробный пути ресинтеза АТФ

О, спорт! Ты - мир!

Модератор: Маргоша

Ответить
GraNata
Аватара пользователя
Сообщения: 663
Зарегистрирован: 21 июн 2020, 17:47
Репутация: 1426
Биоэнергетика мышечной деятельности

Сообщение GraNata » 19 авг 2020, 11:31

Наша с вами мышечная деятельность делится всего на две фазы - это собственно сокращение мышцы и её расслабление. Обе эти фазы - сокращение и расслабление - протекают при обязательном использовании энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ(аденозинтрифосфат, аденозинтрифосфорная кислота, нуклеозидтрифосфат):
АТФ + Н20 => АДФ + Н3Р04 + энергия
Однако запасы АТФ в мышечных клетках незначительны и их достаточно для мышечной работы в течение 1-2 с. Поэтому для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных клетках непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ и идет с потреблением энергии. В зависимости от источника энергии выделяют несколько путей ресинтеза АТФ.
В зависимости от потребления кислорода пути ресинтеза делятся на аэробные и анаэробные.

АЭРОБНЫЙ ПУТЬ РЕСИНТЕЗА АТФ

Аэробный путь ресинтеза АТФ - это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водородаи по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ(аденозиндифосфат) и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.
В упрощенном виде ресинтез АТФ аэробным путем может быть представлен схемой: рис 1
рис 1.jpg
Чаще всего водород отнимается от промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот - цикла Кребса. Цикл Кребса - это завершающий этап катаболизма, в ходе которого происходит окисление ацетилкофермента А до углекислого газа и воды.
В свою очередь, ацетил-КоА может образовываться из углеводов, жиров и аминокислот, т.е. через ацетил-КоА в цикл Кребса(цикл лимонной кислоты, цикл преобразования питательных веществ ) вовлекаются углеводы, жиры и аминокислоты: рис 2
рис 2.jpg
Время работы с максимальной мощностью составляет десятки минут. Как уже указывалось, источниками энергии для аэробного ресинтеза АТФ являются углеводы, жиры и аминокислоты, распад которых завершается циклом Кребса. Причем для этой цели используются не только внутримышечные запасы данных веществ, но и углеводы, жиры, кетоновые тела и аминокислоты, доставляемые кровью в мышцы во время физической работы. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ функционирует с максимальной мощностью в течение такого продолжительного времени.
В ходе аэробного ресинтеза АТФ окисляются все основные органические вещества организма: аминокислоты, углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и др. Важнейшим преимуществом этого способа образования АТФ является очень большая продолжительность его работы: практически он функционирует постоянно в течение всей жизни. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ низкая, при физических нагрузках его мощность может стать максимальной.
Однако аэробный способ образования АТФ имеет и ряд недостатков. Так, действие этого способа связано с обязательным потреблением кислорода, доставка которого в мышцы обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами. Функциональное состояние кардио-респираторной системы является лимитирующим фактором, ограничивающим продолжительность работы аэробного пути ресинтеза АТф с максимальной мощностью и величину самой максимальной мощности.
Возможности аэробного пути ограничены еще и тем, что все ферменты тканевого дыхания встроены во внутреннюю мембрану митохондрий в форме дыхательных ансамблей и функционируют только при наличии неповрежденной мембраны. Любые факторы, влияющие на состояние и свойства мембран, нарушают образование АТФ аэробным способом. Например, нарушения окислительного фосфорилирования наблюдаются при ацидозе, набухании митохондрий, при развитии в мышечных клетках процессов свободно-радикального окисления липидов, входящих в состав мембран митохондрий.
Еще одним недостатком аэробного образования АТФ можно считать большое время развертывания и небольшую по абсолютной величине максимальную мощность. Поэтому мышечная деятельность, свойственная большинству видов спорта, не может быть полностью обеспечена этим путем ресинтеза АТФ и мышцы вынуждены дополнительно включать анаэробные способы образования АТФ, имеющие более короткое время развертывания и большую максимальную мощность.
В спортивной практике для оценки аэробного фосфорилирования часто используют три показателя: максимальное потребление кислорода(МПК), порог анаэробного обмена(ПАНО) и кислородный приход(КП).
МПК, также используется для характеристики относительной мощности аэробной работы, которая выражается потреблением кислорода в процентах от МПК. Например, относительная мощность работы, выполняемой с потреблением кислорода 3 л/мин спортсменом, имеющим МПК, равное 6 л/мин, будет составлять 50% от уровня МПК. ПАНО - это минимальная относительная мощность работы, измеренная по потреблению кислорода в процентах по отношению к МПК, при которой начинает включаться гликолитический(анаэробный) путь ресинтеза АТФ. У нетренированных ПАНО составляет 40-50% от МПК, а у спортсменов ПАНО может достигать 70% от МПК. Более высокие величины ПАНО у тренированных объясняются тем, что аэробное фосфорилирование у них дает больше АТФ в единицу времени, и поэтому анаэробный путь образования АТФ - гликолиз - включается при больших нагрузках. Кислородный приход - это количество кислорода, использованное во время выполнения данной нагрузки для обеспечения аэробного ресинтеза АТФ. Кислородный приход характеризует вклад тканевого дыхания в энергообеспечение проделанной работы.
Под влиянием систематических тренировок, направленных на развитие аэробной работоспособности, в миоцитах возрастает количество митохондрий, увеличивается их размер, в них становится больше ферментов тканевого дыхания. Одновременно происходит совершенствование кислородно-транспортной функции: повышается содержание миоглобина в мышечных клетках и гемоглобина в крови, возрастает работоспособность дыхательной и сердечно-сосудистой систем организма.

АНАЭРОБНЫЕ ПУТИ РЕСИНТЕЗА АТФ

Анаэробные пути ресинтеза АТФ являются дополнительными способами образования АТФ в тех случаях, когда основной путь получения АТФ - аэробный - не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количеством энергии. Это бывает на первых минутах любой работы, когда тканевое(аэробное) дыхание еще полностью не развернулось, а также при выполнении физических нагрузок высокой мощности.

КРЕАТИНФОСФАТНЫЙ ПУТЬ РЕСИНТЕЗА АТФ (ОФЕАТИНКИНАЗНЫЙ, АЛАКТАТНЫЙ)

В мышечных клетках всегда имеется креатинфосфат - соединение, содержащее фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэнергетической связью. Содержание креатинфосфата в мышцах в покое - 15-20 ммоль/кг. Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким сродством к АДФ(аденазиндифосфат). Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ: рис.3
рис 3.jpg
Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности(аэробный), при которой АТФ синтезируется за счет тканевого дыхания в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов, и на восполнение запасов креатинфосфата. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно(вот здесь и притаилась ПАНО). (Вот откуда неверное понятие анаэробного образования АТФ при увеличении числа сердечных сокращений)
Суммарные запасы АТФ и креатинфосфата часто обозначают термином фосфагены.
Образование креатина происходит в печени с использованием трех аминокислот: глицина, метионина и аргинина. В спортивной практике для повышения в мышцах концентрации креатинфосфата используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.
Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими величинами принятых количественных критериев:
Максимальная мощность составляет 900-1100 кал/мин-кг, что в три раза выше соответствующего показателя для аэробного ресинтеза. Такая большая величина обусловлена высокой активностью фермента креатинкиназы и, следовательно, очень высокой скоростью креатин-фосфатной реакции.
Время развертывания всего 1-2 с. Как уже указывалось, исходных запасов АТФ в мышечных клетках хватает на обеспечение мышечной деятельности как раз в течение 1-2 с, и к моменту их исчерпания креатинфосфатный путь образования АТФ уже функционирует со своей максимальной скоростью. Такое малое время развертывания объясняется действием механизмов регуляции активности креатинкиназы, позволяющих резко повысить скорость этой реакции.
Время работы с максимальной скоростью всего лишь 8-10 с, что связано с небольшими исходными запасами креатинфосфата в мышцах.
Главными преимуществами креатинфосфатного пути образования АТф являются очень малое время развертывания и высокая мощность, Что имеет крайне важное значение для скоростно-силовых видов спорта. Главным недостатком этого способа синтеза АТФ, существенно ограничивающим его возможности, является короткое время его функционирования. Время поддержания максимальной скорости всего 8-10 с, до 30-й секунды его скорость снижается вдвое. А к концу 3-й минуты интенсивной работы креатинфосфатная реакция в мышцах практически прекращается.
Исходя из такой характеристики креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ, следует ожидать, что эта реакция окажется главным источником энергии для обеспечения кратковременных упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки, метания, подъем штанги и т.п. Креатинфосфатная реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических нагрузок, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы, развития ускорения на дистанции и финишный рывок.

ГЛИКОЛИТИЧЕСКИЙ ПУТЬ РЕСИНТЕЗА АТФ

Этот путь ресинтеза, так же как и креатинфосфатный, относится к анаэробным способам образования АТФ. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ, в данном случае является мышечный гликоген, концентрация которого в саркоплазме колеблется в пределах 0,2-3%. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под воздействием фермента фосфорилазыпоочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюко-зо-1-фосфата через ряд последовательных стадий превращаются в молочную кислоту, которая по своему химическому составу является как бы половинкой молекулы глюкозы. В процессе анаэробного распада гликогена до молочной кислоты, называемого гликолизом, образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатную группу с макроэргической связью, которая легко переносится на АДФ с образованием АТФ.
Итоговое уравнение анаэробного расщепления гликогена имеет следующий вид: рис 4
рис 4.jpg
Количественные критерии гликолитического пути ресинтеза АТФ:
Максимальная мощность - 750-850 кал/мин-кг, что примерно вдвое выше соответствующего показателя тканевого дыхания. Высокое значение максимальной мощности гликолиза объясняется содержанием в мышечных клетках большого запаса гликогена, наличием механизмов активации ключевых ферментов, приводящих к значительному росту скорости гликолиза, отсутствием потребности в кислороде.
Время развертывания - 20-30 с. Это обусловлено тем, что все участники гликолиза находятся в саркоплазме миоцитов, а также возможностью активации ферментов гликолиза. Как уже отмечалось, фосфорилаза - фермент, запускающий гликолиз, - активируется адреналином, который выделяется в кровь непосредственно перед началом работы. Ионы кальция, концентрация которых в саркоплазме повышается примерно в 1000 раз под воздействием двигательного нервного импульса, также являются мощными активаторами фосфорилазы.
Время работы с максимальной мощностью - 2-3 мин. Существуют две основные причины такой небольшой величины этого критерия. Во-первых, гликолиз протекает с высокой скоростью, что быстро приводит к уменьшению в мышцах концентрации гликогена и, следовательно, к последующему снижению скорости его распада. Во-вторых, в процессе гликолиза образуется молочная кислота, накопление которой приводит к повышению кислотности внутри мышечных клеток. В условиях повышенной кислотности снижается каталитическая активность ферментов, в том числе ферментов гликолиза, что также ведет к уменьшению скорости этого пути ресинтеза АТФ.
Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем. Он быстрее выходит на максимальную м0щность, имеет более высокую величину максимальной мощности и не требует участия митохондрий и кислорода.
Но в результате систематических тренировок с использованием субмаксимальных нагрузок в мышечных клетках повышается концентрация гликогена и увеличивается активность ферментов гликолиза. У высокотренированных спортсменов наблюдается развитие резистентности тканей и крови к снижению рН, и поэтому они сравнительно легко переносят сдвиг водородного показателя крови до 70 и ниже.

АДЕНИЛАТКИНАЗНАЯ РЕАКЦИЯ

Аденилаткиназная реакция протекает в мышечных клетках в условиях значительного накопления в них АДФ, что обычно наблюдается при наступлении утомления.
В табл. приведены величины критериев описанных выше путей Ресинтеза АТФ.Количественные критерии основных путей ресинтеза АТФ:
slide-91.jpg

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ПУТЯМИ РЕСИНТЕЗА АТФ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ

При любой мышечной работе функционируют все три пути ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды работы ресинтез АТФ идет за счет креатинфосфатной реакции(анаэробное), затем включается гликолиз(анаэробное) и, наконец, по мере продолжения работы на смену гликолизу приходит тканевое дыхание(аэробное). рис с графиком
Образование АТФ.jpg
Конкретный вклад каждого из механизмов образования АТФ в энергообеспечение мышечных движений зависит от интенсивности и продолжительности физических нагрузок.
При кратковременной, но очень интенсивной работе главным источником АТФ является креатинкиназная реакция, при более продолжительной интенсивной работе большая часть АТФ образуется гликолитическим путем. При выполнении упражнений большой продолжительности, но умеренной мощности энергообеспечение мышц осуществляется в основном за счет аэробного окисления.

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 метров, бег на коньках на стайерские дистанции, лыжные гонки, 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, турпоходы 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.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Юля Апрельская
Аватара пользователя
Меценат

Подарок от форума ТМ Автор ТрансМира 8 Марта Форуму ТМ один год Новый 2019 год
Новый Год 2020 3 место в конкурсе ДВТ 2 место в конкурсе
Сообщения: 1176
Зарегистрирован: 02 мар 2018, 16:14
Награды: 8
Репутация: 7962
Откуда: Волгоград
Контактная информация:
Биоэнергетика мышечной деятельности

Сообщение Юля Апрельская » 27 авг 2020, 19:39

GraNata, просто обладеть какой капитальный труд! :good:
Сейчас, к сожалению, нет времени подробно ответить. Напишу попозже - ок?
Душой в апреле, сердцем в июле... :redose:

GraNata
Аватара пользователя
Сообщения: 663
Зарегистрирован: 21 июн 2020, 17:47
Репутация: 1426
Биоэнергетика мышечной деятельности

Сообщение GraNata » 28 авг 2020, 08:22

Юля Апрельская,
Да конечно Юлечка, можно разбирать по частям. Это я так бросила, патамушта давно уже лежит. Можно конечно и по частям было, но как-то тему делить не айс. :D

Юля Апрельская
Аватара пользователя
Меценат

Подарок от форума ТМ Автор ТрансМира 8 Марта Форуму ТМ один год Новый 2019 год
Новый Год 2020 3 место в конкурсе ДВТ 2 место в конкурсе
Сообщения: 1176
Зарегистрирован: 02 мар 2018, 16:14
Награды: 8
Репутация: 7962
Откуда: Волгоград
Контактная информация:
Биоэнергетика мышечной деятельности

Сообщение Юля Апрельская » 31 авг 2020, 12:51

GraNata писал(а):
19 авг 2020, 11:31
ПАНО - это минимальная относительная мощность работы, измеренная по потреблению кислорода в процентах по отношению к МПК, при которой начинает включаться гликолитический(анаэробный) путь ресинтеза АТФ. У нетренированных ПАНО составляет 40-50% от МПК, а у спортсменов ПАНО может достигать 70% от МПК.
Ты мне всё-таки по-простому объясни - ПАНО имеет какую-то связь с ЧСС?
Душой в апреле, сердцем в июле... :redose:

GraNata
Аватара пользователя
Сообщения: 663
Зарегистрирован: 21 июн 2020, 17:47
Репутация: 1426
Биоэнергетика мышечной деятельности

Сообщение GraNata » 31 авг 2020, 20:49

Юля Апрельская писал(а):
31 авг 2020, 12:51
Ты мне всё-таки по-простому объясни - ПАНО имеет какую-то связь с ЧСС?
Ладно, опосредованную будет наверное иметь, а напрямую ПАНО зависит от потребления и усваивание твоим организмом кислорода, чем больше ты можешь усвоить, тем быстрее восстановишься в режиме нагрузки и тем быстрее можешь увеличить нагрузку за счёт анаэробного режима, который в три раза повышает отдачу энергии но ненадолго. А если ещё популярнее, то когда бежишь на длинные дистанции, то можешь некоторые участки бежать быстрее, только за счёт включения анаэробного режима, который использует не кислород, а накопившийся за время бега мышечный гликоген(Вот именно это и связано с ПАНО ПорогАНаэробногоОбмена).
Использование указанного режима, помогли нашему советскому бегуну Владимиру Куцу победить в беге на 10 000 метров в Мельбурне на Олимпийских играх. На этой дистанции Куц впервые в истории бега применил тактику "рваного" бега - ускорения по ходу дистанции на 200-400 м и резкий сброс скорости. Эту тактику разработал тренер Куца, великий советский наставник Григорий Никифоров. (А 200-400м это как раз дистанция на рывок до одной минуты)
Это никак не связано с ЧСС, но если ты при равномерном беге рванёшь, как на 400-метровке, то пульс у тебя повысится не намного, но при переходе на привычный ритм бега(который ты вынуждена будешь сделать, потому, что сожжёшь весь гликоген во время рывка) он снова восстановится. Не повысится существенно, потому, что ты не используешь кислород во время рывка. Вот из моей статьи, там вроде бы понятно без пропорций с МПК, хотя ПАНО и зависит напрямую от МаксимальногоПотребленияКислорода.
GraNata писал(а):
19 авг 2020, 11:31
Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности(аэробный), при которой АТФ синтезируется за счет тканевого дыхания в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов, и на восполнение запасов креатинфосфата. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно(вот здесь и притаилась ПАНО). (Вот откуда неверное понятие анаэробного образования АТФ при увеличении числа сердечных сокращений)
Вроде я не заумно объяснила, нет? :?
Если чё, то давай ещё раз пройдёмся, ладно? :?


Ответить

Вернуться в «Спорт»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость