Энергетические процессы в мышечной клетке. Энергия сокращения мышц.

Энергетические процессы в мышце[править | править код]

На рисунке изображены преобладающие источники энергии во время выполнения нагрузки Источники энергии для образования АТФ
Естественно, что для совершения мышечного движения требуется энергия. В организме человека существуют разные источники энергии, которые последовательно включаются один за другим. Рассмотрим каждый из них.

АТФ[править | править код]

Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ, которая образуется в цитратном цикле Кребса. Под действием фермента АТФазы молекула АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.

АТФ + H2O = АДФ+ H3PO4 + энергия

Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФазной активностью и соответственно возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения.

Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2-5 первых секунд.

Креатинфосфат[править | править код]

Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.

АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.

Эта реакция получила название – реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.

Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в лёгкой атлетике приём креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоэффективен.

Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.

НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Энергия накапливается в химических свя­зях углеводов, жиров и белков

Белки

Хи­мическая энергия белков, как источник обеспечения физической деятельности, НЕ ис­пользуется сразу. Первичными поставщи­ками энергии химических связей являются жиры и углеводы.

Жиры

Жиры превращаются в жирные кислоты и используются организ­мом:

• в различ­ных процессах синтеза;
• как источник энергии.

Избыток жирных кислот в виде триглицеридов на­капливается в основном в жировой ткани. А так же, частич­но, в мышечной. Пределов накопле­ния жира не существует. Запасы жира в сто и более раз превы­шают энергетические резервы углеводов.

Углеводы

Углеводы превращаются в глюкозу, а так же в другие простые сахара. Эти простые сахара превращаются в глюкозу, которая может быть использована:

• в процессах синтеза;
• в качестве источника энергии.

Избыточные молекулы глюкозы включаются в молекулы гликогена, который накапливается в печени и мышечной ткани

Гликоген

Ко­личество гликогена, которое может быть на­коплено, составляет у взрослого человека около 100 г в печени и 375 г в мышцах. Аэроб­ные тренировочные нагрузки могут увеличить уровень накопления мышечного гликогена в пять раз.

Избыток углеводов, превышающий необ­ходимый для максимального заполнения по­тенциальных депо гликогена уровень, превращается в жирные кислоты и накапливается в жировой ткани.

По сравнению с любым бел­ком или углеводом, жиры увеличивают количество энергии, измеренное в килокало­риях более чем вдвое. Потому жиры являются эффективным средством накопления энергии при минимиза­ции массы тела.

Энергия накопленного гликогена или жира хранится в химических связях этих веществ

Креатинфосфат (КрФ), или фосфокреатин

Еще одна форма накопления энергии, поступающей от химических связей пищевых продуктов. Организм синтезирует креатинфосфат и накапливает небольшие его количества в мышцах.

Энергетический метаболизм скелетных мышц[править | править код]

Источник:
«Спортивная энциклопедия систем жизнеобеспечения».Редактор
: Жуков А.Д.
Изд.
: Юнеско, 2011 год.

Алактатные механизмы[править | править код]

КФ обеспечивает запас энергии фосфата для ресинтеза АТФ из АДФ при наступлении сократительной деятельности (рис. 3):

КФ + АДФ Креатинкиназа К + АТФ (1)

В состоянии покоя мышечные волокна наращивают концентрацию КФ до пяти раз больше, чем АТФ. В начале сокращения, когда концентрация АТФ начинает падать, а АДФ повышаться вследствие ускорения разложения АТФ, массовая активность способствует образованию АТФ из КФ.

Хотя образование АТФ из КФ происходит быстро, требуя одной единственной ферментативной реакции (1), количество АТФ, которое может быть получено в результате этого процесса, ограничено начальной концентрацией КФ. Мышечные волокна также содержат миокиназу, которая катализирует образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ. АТФ и КФ, вместе взятые, могут обеспечить максимальную силу в течение 8—10 с. Таким образом, энергия, полученная от фосфагенной системы, используется для коротких всплесков максимальной мышечной активности, необходимых в легкой и тяжелой атлетике (забег на 100 м, толкание ядра или поднятие тяжестей).

Гликолиз[править | править код]

Хотя метаболизм по гликолитическому пути производит лишь небольшое количество АТФ из каждой усвоенной единицы глюкозы, он может обеспечить быстрый синтез большого количества АТФ при наличии достаточного количества ферментов и субстрата. Этот процесс может также происходить в отсутствие кислорода:

Глюкоза анаэробный быстрый гликолиз 2 АТФ + 2 лактата (2)

Глюкоза для гликолиза поступает либо из крови, либо из запасов гликогена. Когда исходным материалом выступает гликоген, из одной единицы потребленной глюкозы в результате фосфоролитического гликогенолиза образуется три молекулы АТФ. По мере того, как мышечная активность становится интенсивнее, для анаэробного расщепления гликогена мышц требуется все больше и больше АТФ, и, соответственно, увеличивается производство молочной кислоты. Анаэробный гликолиз может обеспечить энергию на 1,3-1,6 мин максимальной мышечной активности.

Образование молочной кислоты понижает уровень pH в мышечных волокнах. Это препятствует действию ферментов и вызывает боль, если удаление молочной кислоты происходит слишком медленно по сравнению с ее образованием.

Окислительное фосфорилирование[править | править код]

Рис. 3. Метаболические пути синтеза АТФ, используемые во время сокращения и расслабления мышц. В то время как анаэробное расщепление КФ и гликолиз происходят в цитозоле, окислительное фосфорилирование имеет место в митохондриях.Источник: Vander et al. (1990) Основная статья:
Окислительное фосфорилирование

При умеренном уровне физической нагрузки, например, при беге на 5000 м или марафоне, большая часть АТФ, используемого для сокращения мышц, образуется путем окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет высвободить из глюкозы гораздо больше энергии по сравнению с отдельно взятым анаэробным гликолизом:

Глюкоза + O2-> 38 АТФ + СO2+ Н2O. (3)

Жиры катаболизируются только с помощью окислительных механизмов, при этом выделяется много энергии. Аминокислоты тоже могут быть метаболизированы подобным образом. Три метаболических пути образования АТФ для сокращения и расслабления мышц показаны на рис. 3.

В течение первых 5~10 мин умеренной физической нагрузки главным потребляемым «топливом» является собственный гликоген мышц. В течение следующих 30 мин доминирующими становятся переносимые кровью вещества; глюкоза крови и жирные кислоты вносят примерно одинаковый вклад в потребление мышцами кислорода. По истечении этого периода все более важную роль приобретают жирные кислоты. Важно подчеркнуть взаимодействие между анаэробными и аэробными механизмами в образовании АТФ во время физической нагрузки. Вклад анаэробного образования АТФ больше при краткосрочной нагрузке высокой интенсивности, в то время как при более продолжительных нагрузках низкой интенсивности преобладает аэробный метаболизм.

Восстановление и кислородная задолженность[править | править код]

После того как физическая нагрузка закончилась, поглощение кислорода все еще остается выше нормы (табл.). С недавнего времени для обозначения кислородной задолженности используется также термин «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки». Сначала его уровень очень высок, пока тело восстанавливает запасы КФ и АТФ, возвращая тканям запасенный кислород, а затем в течение еще одного часа потребление идет на более низком уровне, пока удаляется молочная кислота. Поэтому ранние и последние фазы кислородной задолженности называют соответственно алактатной и лактатной кислородной задолженностью. Повышение температуры тела также говорит о более высокой скорости метаболизма и росте потребления кислорода.

Чем продолжительнее и интенсивнее физическая нагрузка, тем больше времени занимает восстановление. Например, на восстановление после полного истощения гликогена мышц зачастую требуется несколько дней, а не секунд, минут или часов, необходимых для восстановления запасов КФ и АТФ и удаления молочной кислоты. Физическая нагрузка большой интенсивности, вероятно, приводит к микротравмам мышечных волокон, и их восстановление занимает некоторое время.

Компоненты кислородной задолженности. После длительной, тяжелой физической нагрузки дыхание остается выше нормы для удовлетворения повышенной потребности в кислороде

Q10 — повышение температуры на 10 °С может удвоить скорость метаболизма, если клетки могут справляться с такими изменениями температуры

МЕТАБОЛИЗМ ЭНЕРГИИ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Накопление питательных веществ, содер­жащих энергию, — углеводов (глюкоза), бел­ков (аминокислоты) и жиров (жирные кисло­ты) представляет единый процесс.

Излишки этих веществ накапливаются в виде жиров

Глюкоза может быть использована для синтеза аминокислот, а некоторые амино­кислоты — для синтеза глюкозы.

Однако эти процессы ведут к затратам энергии. Так, 5% энергии теряется при накоплении глюкозы в виде гликогена в мышцах вместо ее непосредственного использования для про­дуцирования АТФ. Эта цифра увеличивается до 28% при превращении глюкозы в жирные кислоты для депонирования.

Энергетические системы, использующие эти питательные вещества, работают не последовательно, одна за другой (сначала система АТФ—КрФ, затем сис­тема анаэробного гликолиза и, наконец, аэроб­ный метаболизм). А включаются одновременно. И вклад их изменяется в зависимости от:

• наличия кислорода;
• уров­ня накопления;
• уровня двигательной активности.

Так, наличие кислорода влияет на то, какой субстрат исполь­зуется для получения энергии. На один атом уг­лерода жирной кислоты продуцируется 8,2 мо­лекулы АТФ. И на один атом углерода молекулы глюкозы продуцируется лишь 6,2 молекулы АТФ.

При ограниченном количестве кислорода глюкоза является более предпочти­тельным источником для аэробного метаболиз­ма. И единственным — для анаэробного окисле­ния.

Гормональные изменения, как следствие нагрузок и диеты, значительно влияют на энер­гетические потоки

Жирные кислоты вырабаты­вают энергию при помощи аэробной системы. Но использование жирных кислот зависит от одновременного потока углеводов в энерге­тических путях для регенерации промежуточных соединений в цикле Кребса.

Без адекватного количества углеводов пищи жирные кислоты пе­реходят на другой путь метаболизма. И вместо АТФ жирные кислоты продуцируют кетоны. Лишь немногие ткани, к примеру, мозг, могут исполь­зовать кетоны для продукции энергии. Если запасы углеводов малы, содержание кетонов может увеличиваться и вызывать несбалансированность метаболизма и утомление.

Рост мышц с точки зрения физиологии

При выполнении силовых упражнений в волокнах образуются микроскопические разрывы. В течение суток по окончании занятия организм направляет в место повреждения питательные вещества и вырабатывает гормоны роста. Это помогает «залечить» микроразрыв, образуя на его месте новые ткани. Так, постепенно мышца увеличивается в объеме и становится более сильной.

Восстановление и рост мускула называется гипертрофией.

Фосфокреатин – креатиновая система.

Креатин
Фосфокреатин – химическое соединение, имеющее высокоэнергетическую фосфатную связь, которая может быть гидролизована, чтобы обеспечить энергию и повторно синтезировать АТФ. Это происходит в течение очень короткого времени. Следовательно, вся энергия, запасенная в мускулах, почти мгновенно доступна для сокращения мышц, так же как и энергия, запасенная в АТФ.

Хочешь помочь проекту? Отключи AdBlock, тем самым мы сможем получить доход за показ рекламы.

При выполнении коротких и быстрых движений, будь то спринт или рывок штанги, АТФ расщепляется на АДФ , в результате чего происходит ресинтез АТФ с помощью креатинфосфата. Этот метод является самым быстрым и простым способом получения энергии для сокращения мышц. Такой источник энергии может обеспечивать мышечное сокращение около 5 секунд, так как мышечные клетки хранят небольшое количество АТФ и креатинфосфата. Данная энергетическая система работает без кислорода и соответственно называется анаэробным методом производства энергии.

Таким образом, энергия из системы АТФ-фосфокреатин (хранящийся в мышцах) используется для максимально коротких всплесков мышечной силы.

Основа основ

Непосредственный источник энергии для работы мышц – это аденозинтрифосфа́т, или АТФ

. Это вещество – нуклеотид, подобный тем, из которых состоит ДНК человека.

В состав этого вещества входят три фрагмента фосфорной кислоты. Когда от АТФ отщепляется один из них, получается АДФ (аденозиндифосфат) и выделяется много энергии, которая и идет на работу мышц.

Потом АДФ при помощи энергии, выделившейся при переработке питательных веществ, восстанавливается обратно в АТФ.

Как похудеть, занимаясь спортом

Решили заняться фитнесом, чтобы избавиться от лишних килограммов? Узнайте, как есть, тренироваться и худеть.

Вредные привычки и рост мышц

Курение отрицательно сказывается на гипертрофии мышечных волокон:

1. Смолы и никотин препятствуют нормальному синтезу белка.
2. Табачный дым сужает сосуды, что ухудшает доставку питательных веществ к поврежденным мускулам.
3. Курение ухудшает работу сердечно-сосудистой и дыхательной систем, что не только грозит серьезными проблемами со здоровьем, но и мешает выполнять силовые упражнения с отягощениями.

Алкоголь наносит не меньший вред организму, чем курение табака:

1. Этиловый спирт тормозит мышечный синтез.
2. Частое употребление снижает выработку мужских половых гормонов.
3. Алкоголь оказывает токсическое воздействие на все системы организма. Из-за этого происходит падение силовых возможностей спортсмена, замедление восстановительных процессов в мышцах, ухудшение общего самочувствия, снижение энергии и мотивации.

Что такое аэробный метаболизм

Этот процесс позволяет вырабатывать большое количество энергии, необходимой для длительных нагрузок

. Во время него для преобразования питательных веществ используется кислород.

Система аэробного метаболизма медленнее, чем анаэробная, поскольку для ее работы необходимо, чтобы кровь доставила богатую кислородом кровь к мышцам, где воспроизводится АТФ.

Зато аэробный метаболизм используется тогда, когда требуется выносливость

– то есть во время нагрузки
небольшой интенсивности
, но продолжительной по времени.

Послесловие

Сегодня мы разбирались с питанием для набора мышечной массы. Ну как разбирались, понесло нас как обычно в теорию, и там мы закопались по самые помидоры :). А если серьезно, то в этой заметке мы провели серьезную подготовительную работу в отношении понимания вопросов массанабора, осталось выяснить: какими продуктами следует закупаться и как грамотно составить план питания на массу. Этим мы, как раз, и займемся во второй части, посему далеко не расходимся и ждем второе пришествие! До скорой встречи!

PS. а как Вы питаетесь на массу?

PPS. вторая часть заметки

С уважением и признательностью, Протасов Дмитрий.

Факторы роста мышц

Эффективное формирование новых тканей взамен поврежденных — сложный процесс, зависящий от нескольких «параметров». Перечислим их:

• Генетические особенности строения мышц (толщина нитевидных структур, соотношение быстрых и медленных волокон, количество капилляров и нервных окончаний).
• Тип фигуры спортсмена. Считается, что человек с любым телосложением может добиться успеха в бодибилдинге, но наиболее приспособлены к массонаборным тренировкам мезоморфы.
• Полноценный отдых. Чтобы поврежденная во время силового занятия мышца восстановилась, нужно дать ей минимум сутки покоя и качественный восьмичасовой сон.
• Калорийный рацион. Для формирования новых волокон организму требуются белки, жиры, углеводы и витамины. Все это должно в избытке содержаться в питании бодибилдера.
• Правильные силовые тренировки. Мышцы быстро адаптируются к нагрузкам. Поэтому каждое занятие должно быть чуть тяжелее предыдущего. Кроме того, следует часто менять программу.

Возраст также влияет на способность организма наращивать мышечные объемы. Связано это с количеством вырабатываемых гормонов. После 30 лет с каждым годом постепенно снижается секреция тестостерона. Поэтому спортсмены до 30 прогрессируют гораздо быстрее своих более возрастных коллег.