Во время мышечной работы значительную часть энергопродукции обеспечивают углеводы

Любая мышечная работа требует энергии. Механическую энергию, затрачиваемую при напряжении мышца, берёт из собственных резервов химической энергии. Энергия, которая освобождается в результате сложных биохимических реакций, доставляется к тонким белковым нитям (мышечным волокнам), заставляет их менять своё положение, соединяться друг с другом и укорачиваться. Тем самым мышца, укорачиваясь, производит движение в суставе.

Энергия, необходимая для мышечной работы, образующаяся в результате биохимических реакций, основана на использовании трёх видов энергообразования: 1) аэробного, 2) анаэробно-гликолитического, 3) анаэробно-алактатного. Биоэнергетическими веществами (топливом) при выполнении мышечной работы являются углеводы, жиры и креатинфосфат. Белки необходимы организму, прежде всего как строительный материал для новых клеток.

Питательные вещества, проходя через желудочно-кишечный тpaкт, всасываются кровью и направляются дальше в «складские помещения». Жиры, которые могут быть рассмотрены как «низкоактановое топливо», откладываются преимущественно в подкожных тканях, Углеводы (гликоген) – высокоактановое топливо, накапливаются в мышцах и печени.

Если мощность выполняемой работы небольшая (умеренная), то энергия для работающих мышц образуется путём сгорания (окисления) углеводов и жиров при помощи вдыхаемого кислорода. В результате сгорания выделяется энергия, необходимая для работающих мышц и образуются побочные продукты – углекислый газ и вода.

Если мощность работы будет гораздо выше (большая или субмаксимальная), то энергии, выделяемой при сгорании углеводов (гликогена) будет не хватать и поэтому энергия, необходимая для такой работы образуется путём расщепления гликогена (без участия кислорода). Можно сказать, что в мышце имеется два механизма биохимических реакций – сгорания и расщепления. 

Механизм сгорания (окисления)

Механизм сгорания углеводов и жиров можно назвать как аэробный процесс энергообразования (аэробный – с участием кислорода). Развёртывание аэробных процессов происходит постепенно, максимума этот процесс достигает через 1 -2 минуты после начала работы. Происходит полное сгорание углеводов и жиров, при котором образуется энергия, углекислый газ со2 и вода н2о, которые оттрaнcпортировываются кровью.

Углеводы и жиры + кислород → сгорание = энергия + углекислый газ + вода.

Для того чтобы происходило сгорание (окисление), помимо «топлива» (углеводов и жиров) мышцы и ткани должны всё время снабжаться кислородом и освобождаться от продуктов «распада» (воды и углекислого газа). Tрaнcпортировка этих веществ осуществляется кровью. Чем больше кислорода получают мышцы, тем больше энергии может образовываться и тем более интенсивную работу можно выполнить. Поэтому аэробные возможности лимитируются дыхательной и сердечно-сосудистой системами. Утомление наступает, когда кончается «топливо». При соблюдении этих условий мышечная среда остаётся постоянной и можно работать 2-3 часа и более. Механизм сгорания (окисления) – доминирующий источник энергии при длительной малоинтенсивной и умеренной интенсивности работе (а также в покое).

Таблица №2. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, хаpaктеризующих аэробные возможности.

Механизм расщепления (анаэробный – без участия кислорода).

Механизм расщепления биоэнергетических веществ в человеческом организме происходит двумя путями: 1) расщепление гликогена, находящегося в мышцах – анаэробно-гликолитический механизм; 2) расщепление креатинфосфата (КрФ), так же находящегося в мышце – анаэробно-алактатный механизм.

Анаэробно – гликолитический механизм. Освобождение энергии происходит за счёт мгновенного расщепления содержащегося в мышце гликогена (более сложной формы углеводов).

Гликоген → расщепление = Энергия + молочная кислота (лактат).

Этот механизм даёт гораздо больше энергии в единицу времени, чем аэробный механизм и используется при выполнении работы субмаксимальной мощности, с продолжительностью отдельного упражнения от 30 секунд до 2-3 минут. Преимущество этого механизма, который можно сравнить с разрядкой электрической батареи, состоит в том, что он заключается в самой мышце и используется мгновенно. Недостаток же заключается в том, что в работающих мышцах накапливается большое количество молочной кислоты и им становится трудно справляться с воздействием кислой среды.

Таблица №3. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, хаpaктеризующих анаэробно-гликолитические возможности.

Анаэробно-алактатный механизм.

Для выполнения упражнений с максимальной скоростью (мощностью) необходим механизм, выделяющий наибольшее количество энергии в единицу времени, но действующий кратковременно (не более 15-20 секунд). Таким механизмом и является анаэробно-алактатный (креатинфосфатный).

Креатинфосфат (КрФ) → расщепление = Энергия + Креатин (Кр.).

Таблица №4. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, хаpaктеризующих анаэробно-алактатные возможности.

Раздел статьи:
Теория и методика физической культуры

ГБУ РО «КБ им. Н.А. Семашко»

Врач диетолог Мишихина Н.В.

Правильное питание – прежде всего рациональное, сбалансированное питание. Что это значит? Под рациональным питанием понимают хорошо подобранный рацион, который отвечает индивидуальным особенностям организма, учитывает характер труда, половые и возрастные особенности, климатогеографические условия проживания. Концепция сбалансированного питания А.А. Покровского определяет пропорции отдельных пищевых веществ в рационе. Эти пропорции соответствуют ферментным наборам организма, отражают сумму обменных реакций и их химизм, лежащий в основе процессов жизнедеятельности.

С понятием рационального питания неразрывно связано определение его физиологических норм. Они являются средними ориентировочными величинами, отражающими оптимальные потребности отдельных групп населения в основных пищевых веществах и энергии.

Понятие рационального питания включает соблюдение трех основных принципов:

1) обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности;

2) удовлетворение потребности организма в определенных пищевых веществах;

3) соблюдение режима питания.

Первый принцип – обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности. Вся необходимая организму энергия поступает с пищей. Известно, что белки, жиры и углеводы расщепляются в организме до своих мономеров, последние используются для синтеза жизненно необходимых соединений и дают, в конечном счете, энергию. Установлено, что один грамм белка пищи выделяет в результате такого обмена 4,1 ккал, жира – 9,3 ккал, углеводов – 4,1 ккал. Зная, сколько содержится в рационе белков, жиров и углеводов, можно легко рассчитать его энергетическую ценность. Организм человека расходует полученную с пищей энергию по трем направлениям:

1. Основной обмен – это минимальное количество энергии, необходимое человеку для обеспечения процессов жизнедеятельности в состоянии покоя. Основной обмен принято рассчитывать на «стандартных» мужчину (возраст – 30 лет, масса – 65 кг) или женщину (возраст – 30 лет, масса – 55 кг). У «стандартного» мужчины он составляет в среднем 1600 ккал, у женщины –1400 ккал. Основной обмен существенно зависит от возраста, индивидуальных особенностей организма, условий проживания и трудовой деятельности. У людей, постоянно испытывающих физические нагрузки, основной обмен выше на 30%.

2. Расход энергии на процессы утилизации пищи.

Известно, что на распад пищевых веществ в организме затрачивается определенное количество энергии в виде АТФ. Переваривание белков увеличивает основной обмен на 30–40%, жиров – на 4–14%, углеводов – на 4–7%, оптимальное количество потребляемых пищевых веществ – в среднем на 10 –15%.

3. Расход энергии на мышечную деятельность.

При различных видах физической деятельности расход энергии различен. Если обобщить все виды расхода энергии, то среднесуточный расход энергии для работников умственного труда у мужчин составит 2550–2800 ккал, у женщин – 2200–2400 ккал, для работников, занятых тяжелым физическим трудом (шахтеры, металлурги, грузчики) – 3900–4300 ккал. Следует подчеркнуть, что энергетическая ценность суточного рациона отдельных групп населения должна обеспечивать компенсацию их энергетических расходов. При этом для здоровья небезразличен как недостаток пищевых калорий, так и их избыток. Последнее имеет особое значение при анализе проблемы лишнего веса: если суточная калорийность пищи превышает энергозатраты на 300 ккал (это 100-граммовая сдобная булочка), то накопление резервного жира может увеличиваться в день на 15–30 г и составлять в год 5–10 кг.

Второй принцип – удовлетворение потребности организма в определенных пищевых веществах. Для организма небезразлично, с какими продуктами питания будет поступать энергия, поскольку пища является источником не только энергии, но и отдельных пищевых веществ, необходимых для осуществления процессов жизнедеятельности. Белки, жиры и углеводы, а также витамины, минеральные вещества требуются организму в определенных количествах и отношениях.

Белки.

Белок является основным веществом всего живого. Из белка построены клетки и ткани любого организма. Оптимально потребление белка в количестве 10-14% суточной энергетической ценности рациона. Ориентировочно суточная потребность организма в белке составляет 85-90 г, в том числе на долю животных белков должно приходиться 40-45 г. Биологическая ценность белков зависит от их аминокислотного состава. Животные белки (мясо, рыба, яйца, молоко, творог) имеют высокую биологическую ценность, так как они содержат все нужные (в том числе и незаменимые) организму аминокислоты.

В растительных продуктах белок содержится в небольшом количестве и только некоторые растительные продукты (бобовые, грибы) содержат большое количество белка, но менее ценного аминокислотного состава. При поступлении в организм 70-95% животных белков идет на построение тканей, а из растительных белков на пластические цели используется только 60-65%. Остальной белок, поступающий с пищей, тратится на энергетические цели.

Жиры.

Жиры играют большую энергетическую роль. Как запасный материал жир откладывается в клетках подкожножирового слоя, в сальнике, вокруг некоторых внутренних органов. Располагаясь в подкожножировом слое, жир предохраняет организм от чрезмерной теплоотдачи. Имеет значение защитная роль жира от травматических воздействий, а также в фиксации некоторых внутренних органов, например почек.

Средняя физиологическая потребность в жире здорового человека составляет около 30% от общей калорийности рациона. Суточная норма потребления жира составляет 70-80 г, в том числе на долю растительных жиров должно приходиться 25-30 г. В пищевой рацион должны входить жиры как животного происхождения, так и растительного происхождения, чтобы обеспечить поступление в организм различных жирных кислот, в т.ч. полиненасыщенных жирных кислот. Источником ПНЖК являются растительные масла (подсолнечное, кукурузное, соевое, льняное и др.), морские сорта рыб (тунец, макрель и др.).

Углеводы.

Углеводы являются одним из основных источников энергии. Во время мышечной работы организм особенно нуждается в углеводах. Они необходимы для работы мышц тела, сердечной мышцы, а также для эффективности умственной деятельности. Главным источником углеводов в питании являются растительные продукты. Зерновые продукты состоят в основном из крахмала – сложного полисахарида. В овощах и фруктах содержится крахмал и более простые углеводы – дисахариды и моносахариды. Из животных продуктов только в молоке содержится дисахарид-лактоза.

Оптимальным считается потребление углеводов в количестве 50-65% суточной энергетической ценности рациона. Целесообразно удовлетворять потребность в углеводах в основном за счет продуктов, богатых крахмалом, а также фруктов и овощей. Содержание большого количества клетчатки во фруктах и овощах позволяет стимулировать моторные функции пищеварительного тракта, способствуя выведению из организма излишков холестерина. Ориентировочная суточная норма потребления углеводов 300-330 г, в том числе рафинированных углеводов – 30-40 г. Если углеводов в организме избыток, то они переходят в жиры, т.е. избыточное количество углеводов способствует ожирению. Поэтому людям зрелого возраста не следует увлекаться продуктами, богатыми углеводами.

Минеральные вещества.

Минеральные вещества составляют значительную часть тела человека. К основным минеральным веществам относятся: натрий, калий, кальций, фосфор, железо, магний и др. Так натрий участвует во внутриклеточном и внеклеточном обмене, он входит в состав крови и лимфы. Избыточное потребление натрия ведет к повышению артериального давления. Из числа минеральных солей только поваренную соль приходится вводить в пищу дополнительно, особенно в растительную, так как растения бедны натрием. Ежедневная потребность в поваренной соли 8-10 г. Поваренная соль используется организмом для выработки соляной кислоты, которая является составной частью желудочного сока и играет существенную роль в переваривании пищи, а также защите организма от бактерий, поступающих в желудок с пищей и слюной. Известно, что бактерии, попадая в кислый желудочный сок, быстро погибают.

Калий также как и натрий участвует в клеточном обмене. Существенное значение в регуляции содержания воды в тканях организма имеют соли калия. Калий содержится в овощах (брокколи, горох, помидоры, картофель, кабачки), фруктах (курага, цитрусовые, дыня, бананы, киви, сливы).

Кальций принимает участие в процессах свертывания крови. До 90% кальция содержится в костях. Наибольшее количество кальция содержится в бобовых продуктах, апельсинах, яблоках, меде, моркови, в молоке и молочных продуктах.

Фосфор необходим для работы нервной системы, скелетной мускулатуры, сердечной мышцы, потовых желез и др. Обмен фосфора тесным образом связан с обменом кальция. Основным источником фосфора является молоко, мясо, рыба, бобовые.

Магний обладает сосудорасширяющим действием, способствует перистальтике кишечника и повышает желчеотделение. Наибольшее количество магния содержится в злаковых и бобовых.

Считается, что в организме человека в разных количествах содержится вся таблица Менделеева. Недостаток микроэлементов часто регистрируется в раннем детстве, когда потребность в них высокая, а содержание в пищевых продуктах низкое. При этом могут развиваться специфические заболевания. Так, при недостатке в пище йода развивается эндемический зоб, при недостатке цинка задержка роста и полового созревания. Недостаток марганца в организме проявляется потерей веса, анемией, изменением цвета волос, поносом. При разнообразном питании микроэлементы поступают в организм в достаточном количестве.

Витамины.

Витамины входят в состав ферментов и гормонов, обеспечивая нормальный обмен веществ. Витамины делятся на водорастворимые (В, С, РР и др.) и жирорастворимые (А, Е, Д, К). Витамины в большом количестве содержатся в свежих фруктах, овощах, ягодах, меде, хлебе грубого помола, и др. Недостаток витаминов в организме может быть обусловлен разными причинами: низким содержанием их в суточном рационе; нерациональной кулинарной обработкой, длительным и неправильным хранением продуктов питания; различными заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Так, известно, что витамин С легко разрушается при термообработке. В картофеле, сваренном в кожуре, сохраняется 75 % витамина С, в жареном картофеле – 35 %, а в картофельном пюре – лишь 20%. Так что, наверное, стремление разнообразить еду и готовить блюда повкуснее должно все-таки сочетаться с пониманием необходимости сделать пищу по возможности более полноценной.

Третий принцип – соблюдение режима питания. Важным условием рационального питания является соблюдение режима питания. Под режимом питания понимается количество приемов пищи, интервалы между ними, количественное и качественное распределение ее в течение дня. Точный и целесообразный режим питания создает лучшие условия для усвоения пищи. Как основу режима питания можно рекомендовать четыре основных принципа:

1) регулярность питания. Целесообразность приема пищи в одно и то же время обусловлена условно-рефлекторными реакциями организма на выделение cлюны, желудочного сока, желчи, ферментов, то есть всего комплекса факторов, обеспечивающих нормальное пищеварение;

2) дробность питания в течение суток. Исследования показали, что одно-, двухразовое питание неблагоприятно влияет на здоровье и предрасполагает к ряду заболеваний. Здоровому человеку рекомендуется трех-, четырехразовое питание с возможностью дополнительного приема пищи (сок утром, стакан кефира перед сном и т.д.);

3) соблюдение принципа рационального подбора продуктов при каждом приеме пищи с целью благоприятного соотношения в рационе основных пищевых веществ;

4) разумное распределение количества пищи по ее приемам в течение дня. Завтрак и обед должны обеспечивать более 2 /3 рациона, ужин менее 1 /3. Нарушение режима питания играет отрицательную роль в здоровье жизнь. Люди, приученные есть в одно и то же время, реже страдают плохим аппетитом или его отсутствием. Благодаря ритму пища усваивается наилучшим образом, оказывается более полезной и даже кажется вкуснее. При беспорядочном, несвоевременном питании нарушается стереотип, снижается выделение пищеварительных соков, утрачивается аппетит.

Таким образом, питание – важнейший фактор, определяющий здоровье человека. Каждый образованный человек должен обладать необходимыми сведениями о рациональном питании, веществах, составляющих пищу, об их роли в жизнедеятельности здорового и больного организма. Все это формирует культуру питания и является неотъемлемой частью культуры общества.

Весь материал в нескольких частях:

• Часть 1: Энергообеспечение мышечной деятельности. Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения.
• Часть 2: Энергообеспечение мышечной деятельности. Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения..
• Часть 3: Энергообеспечение мышечной деятельности. Лактатная система энергообеспечения.
• Часть 4: Энергообеспечение мышечной деятельности. Алактатная система энергообеспечения.
• Часть 5: Энергообеспечение мышечной деятельности. Общая характеристика систем энергообеспечения мышечной деятельности.

Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения

Аденозинтрифосфат или Аденозинтрифосфорная кислота — нуклеозид трифосфат, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах. АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, в частности для образования ферментов.

Особенностью аэробной системы является то, что образование АТФ в клеточных органелах-митохондриях, находящихся в мышечной ткани происходит при участии кислорода, доставляемого кислородтранспортной системой. Это предопределяет высокую экономичность аэробной системы, а достаточно большие запасы гликогена в мышечной ткани и печени, а также практически неограниченные запасы липидов – её ёмкость.

В наиболее упрощенном виде деятельность аэробной системы энергообеспечения осуществляется следующим образом: на первом этапе в результате сложных процессов происходит преобразование как гликогена, так и свободных жирных кислот (СЖК) в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) – активную форму уксусной кислоты, что обеспечивает протекание всех последующих процессов энергообразования по единой схеме. Однако до момента образования ацетил-КоА окисление гликогена и СЖК происходит самостоятельно.

Все многочисленные химические реакции, происходящие в процессе аэробного ресинтеза АТФ, можно разделить на три типа:

1. Аэробный гликолиз.
2. Цикл Кребса.
3. Система транспорта электронов (рис. 7).

Рис. 7. Этапы реакций ресинтеза АТФ в аэробном процессе

Первым этапом реакций является аэробный гликолиз, в результате которого осуществляется расщепление гликогена с образованием СО2 и Н2О. Протекание аэробного гликолиза происходит по той же схеме, что и протекание рассмотренного выше анаэробного гликолиза.

В обоих случаях в результате химических реакций гликоген преобразуется в глюкозу, а глюкоза – в пировиноградную кислоту с ре-синтезом АТФ. В этих реакциях кислород не участвует. Присутствие кислорода обнаруживается в дальнейшем, когда при его участии пировиноградная кислота не превращается в молочную кислоту, а затем в лактат, что имеет место в процессе анаэробного гликолиза, а направляется в аэробную систему, конечными продуктами которой оказывается углекислый газ (СО2), выводимый из организма легкими, и вода (рис.

Рис. 8. Схематическое протекание анаэробного и аэробного гликолиза

Расщепление 1 моля гликогена на 2 моля пировиноградной кислоты происходит с выделением энергии, достаточной для ресинтеза 3 молей АТФ: Энергия + 3АДФ + Фн → 3АТФ.

Из образовавшейся в результате расщепления гликогена пировиноградной кислоты сразу выводится СО2, превращая её из трёхуглеродного соединения в двухуглеродное, которое сочетаясь с коферментом А, образует ацетил- КоА, который включается во второй этап аэробного образования АТФ – цикл лимонной кислоты или цикл Кребса.

В цикле Кребса протекает серия сложных химических реакций, в результате которых происходит окисление пировиноградной кислоты – выведение ионов водорода (Н+) и электронов (е-), которые в итоге попадают в систему транспорта кислорода и участвуют в реакциях ресинтеза АТФ на третьем этапе, образуя СО2, который диффундируется в кровь и переносится в легкие, из которых и выводится из организма. В самом цикле Кребса образуется только 2 моля АТФ (рис. 9).

Рис. 9. Схематическое изображение окисления углеродов в цикле Кребса

Третий этап протекает в цепи транспорта электронов (дыхательной цепи). Реакции, происходящие с участием коферментов, в общем виде сводятся к следующему. Ионы водорода и электроны, выделяемые в результате реакций, протекавших в цикле Кребса и в меньшей мере в процессе гликолиза, транспортируются к кислороду, чтобы в результате образовать воду. Одновременно выделяемая энергия в серии сопряженных реакций используется для ресинтеза АТФ. Весь процесс, происходящий по цепи передачи электронов кислороду называется окислительным фосфорилированием. В процессах, происходящих в дыхательной цепи, потребляется около 90 % поступающего к клеткам кислорода и образуется наибольшее количество АТФ. В общей сложности окислительная система транспорта электронов обеспечивает образование 34 молекул АТФ из одной молекулы гликогена.

Усвоение и абсорбция углеводов в кровоток происходит в тонком кишечнике. В печени они превращаются в глюкозу, которая в свою очередь может быть превращена в гликоген и депонируется в мышцах и печени, а также используется различными органами и тканями в качестве источника энергии для поддержания деятельности. В организме здорового с достаточным уровнем физической подготовленности мужчины с массой тела 75 кг содержится 500 – 550 г углеводов в виде гликогена мышц (около 80 %), гликогена печени (примерно 16 – 17 %), глюкозы крови (3 – 4 %), что соответствует энергетическим запасам порядка 2000 – 2200 ккал.

Гликоген печени (90 – 100 г) используется для поддержания уровня глюкозы в крови, необходимого для обеспечения нормальной жизнедеятельности различных тканей и органов. При продолжительной работе аэробного характера, приводящей к истощению запасов мышечного гликогена, часть гликогена печени может использоваться мышцами.

Продолжение: Часть 2: Энергообеспечение мышечной деятельности. Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения.