"Енергоосигуряване на мускулите при физически упражнения.
За съкращението си мускулите използват енергията получена при разцепване на молекулата на аденозин трифосфата (АТФ) до аденозин дифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). Тази енергия служи за приплъзване на актиновите спрямо миозиновите нишки в миофибрилата. Теоретично запасите от АТФ в бързите мускулни влакна трябва да се изчерпят за около 1 секунда съкращение. В действителност пълно изчерпване на мускулната АТФ се открива само при много тежки упражнения, а даже и тогава това изчерпване рядко надхвърля 30%, 40% от наличното.
Основни системи за енергоосигуряване на мускулното съкращение
В началото на всяко натоварване много рязко нарастват енергийните нужди на съкращаващите се мускули, които изразходват наличния си АТФ за няколко секунди. Най-много енергия за рефосфорилиране на АТФ може да се получи от разграждането на веществата с участието на кислород, т.е. по аеробен път. Запаси от него обаче в организма няма, с изключение на съдържанието му в хемоглобина и миоглобина. До доставяне на повече кислород в мускулите енергията се осигурява по метаболитни пътища без участието на кислород, т.е. анаеробно. Всички метаболитни пътища осигуряващи енергия за рефосфорилирането на АТФ работят едновременно, но в различни пропорции и динамика. Това се определя от мощността и продължителността на физическото упражнение. Според дела на произведената енергия по време на едно физическо упражнение, от неговото начало до неговия край, се наблюдава различна динамика на системи осигуряващи енергия за мускулното съкращение. Разгледани хронологично, в първите 15 - 20 секунди от едно натоварване енергията се осигурява от незабавната енергийна система. В същото време се усилва рязко енергопродукцията от краткосрочната енергийна система, която стига своя максимум около 30 секунда от началото на натоварването. Малко по-бавно дългосрочната енергийна система започва да произвежда енергия, която достига своя максимум около 3 минута от началото на натоварването. Следва по-подробното им описание.
Краткосрочна енергийна система.
АТФ се рефосфорилира от енергията получена при гликолизата на глюкозата и гликогена до пируват. Една молекула глюкоза дава 2 молекули пируват. При наличие на достатъчно кислород, пируватът влиза в митохондриите и се подлага на аеробно разграждане в цикъла на Кребс. Ако кислородът не е достатъчно пируватът се превръща в лактат в цитоплазмата. Нетната печалба от гликолизата е 2 молекули АТФ ако началния субстрат е глюкоза и 3 молекули АТФ ако началния субстрат е гликоген. Фактически пирувата може да продължи и по двата пътя едновременно, т.е. едната молекула да влезе в митохондрията, а другата да се превърне в лактат (фиг.2-2). Количеството пируват, което влиза в митохондриите зависи от капацитета на аеробния път (например наличието на кислород, размера и броя на митохондриите), докато излишният пируват се превръща в лактат.
Лактатен метаболизъм. Преди лактатът се възприемаше като метаболитен отпадък на гликолизата и основна причина за мускулна умора, но сега се смята, че е съединение, което играе важна роля в енергийните пътища. Лактатът може да се преобразува в пируват в същата клетка и да се използва като енергиен източник от други клетки (сърце, черен дроб, мускули). При нормални нива на рН, 99% от млечната киселина веднага дисоциира до H+ и La- (C3H5O3-) лактатен анион (Plowman&Smith). Вътреклетъчното акумулиране на лактат създава концентрационен градиент спомагащ излизането му от клетката. Лактатът произведен в скелетните мускули може да се пренесе през клетъчната и митохондриална мембрана чрез транспортен протеин наречен монокарбоксилатен транспортер (МCТ), който извлича лактата и протоните от мускулните клетки (фиг.2-3). МСТ са 14 разновидности, но МСТ1 изобилства в оксидативните скелетни мускулни клетки, кардиомиоцитите и мембраната на митохондриите.
Докато количеството свободни H+ не надвишава способността на химичните и физиологични механизми да ги буферират и рН се поддържа относително стабилно ще има малко проблеми. Повечето проблеми възникват когато количеството лактат и съответно Н+ надвишат буферния капацитет на организма и рН спада. Получава се кръвна ацидоза. В този момент се появява болка и производителността спада. Натрупаните водородни йони стимулират болка в нервните окончания в мускулите.
Кислородна консумация при физически упражнения с различна интензивност и продължителност.
След като се запознахме с метаболитните пътища осигуряващи енергия за мускулното съкращение е ясно, че по анаеробен път не може да бъде използван най-големия енергиен източник в тялото - мазнините. От друга страна, от 1 g глюкоза чрез аеробна гликолиза се получава 19 пъти повече енергия в сравнение с анаеробната. Следователно, колкото повече кислород се доставя до мускулите, толкоз повече ефективно произведена енергия ще се получи. Така (кислородна набавка) кислородната консумация - VO2 играе определяща роля за начина по, който ще се произвежда енергия. Нейната величина се определя от кислородната необходимост, т.е. количеството кислород необходимо за извършване на определена работа. Тъй като запаси на кислород в организма няма, той трябва да се доставя постоянно, и в зависимост от доставката му, се включват различни метаболитни пътища.
Взаимовръзка между кислородната набавка и кислородната необходимост.
Кислородната консумация задоволява мощността на натоварването.
Енергията за мускулното съкращение ще се получава за сметка само на аеробни метаболитни процеси. Това, разбира се става след 3та минута от началото на натоварването, както е описано в първа глава на учебника. До тогава енергията за мускулното съкращение се получава от незабавната енергийна система и от краткосрочната гликолитична енергийна система. При ниските нива на мощност, когато кислородната набавка напълно задоволява дългосрочната енергийна система могат да се използват в равни количества мазнини и въглехидрати. Мазнините изискват повече кислород за разграждането си от въглехидратите. Поради това с увеличаване мощността на натоварването делът на мазнините намалява а се увеличава този на въглехидратите (фиг.3-1). На фигурата са изобразени в проценти енергията получена от въглехидрати и мазнини в зависимост от мощността на натоварването. В случая мощността на натоварването е представено като процент от максималната кислородна консумация (VO2max). При натоварвания с малка и умерена интензивност, след период на начално усилване функциите на кардиореспираторната система се достига до устойчиво състояние (steady-state)."
Из книгата
