Как вы уже знаете, пища состоит из белков, углеводов и жиров. Человеческий организм расщепляет эти элементы, чтобы получить энергию для химических реакций, и запасает её с помощью сложной взаимосвязанной схемы химических реакций или обменных процессов. Эта тщательно отработанная схема создавалась нашими генами миллионы лет назад для того, чтобы обеспечить организм энергией, необходимой для выполнения физической работы. Схема мгновенно реагирует на режим нашего питания, осуществляя надхор за энергетическими запасами организма.

Человеческий организм откладывает про запас больше 160 тысяч калорий жира, но запас углеводов, которые храняться в иышцах и печени в виде крахмала (гликогена), составляет всего около 1200 калорий. Для восстановления углеводных запасов могут использоваться вхоящие в состав аминокислот белки, но во время физических упражнений нормально питающиеся люди используют в качестве основного вида топлива жиры или углеводы. В обычных условиях организм не сжигает белки, потому что держит их в резерве на случай непредвиденного голода. В условиях отсутствия пищи срок выживания человека зависит от количества нежировой массы, накопленной в мышцах и органах, таких как печень. Белки играют настолько важную роль в поддержании здоровья, что в случаях голодания или болезней, таких как рак или СПИД, когда организм начинает использовать в качестве топлива собственные ткани, мы можем достаточно точно предсказать время смерти, которая наступает после потери 50% белков.

При выполнении облегченных физических упражнений в течение длительного времени основная часть наших энеретических потребностей удовлетворяется за счет жиров и гораздо меньшая - за счет углеводов. Углеводы выходят на первый план во время кратковременных нагрузок высокой интенсивности. Белки почти не используются в ситуациях, когда уровень утилизации энергии резко возрастает, но достаточное потребление белков имеет ключевое значение для поддержания объема нежировой массы тела, необходимой для обеспечения наилучшей производительности. Фактическое использование углеводов или жиров в качестве основного или вспомогательного источника энергии зависит от того, что вы ели перед началом упражнений, а также от интенсивности и длительности занятий. менее тренированные люди начинают использовать углеводы и выбиваться из сил раньше. Мышцы тренированных спортсменов приучены к эффективному использованию жиров, что позволяет дольше сохранять сравнительно небольшие запасы углеводов (1200 калорий против 160 тысячкалорий).

Добавлено (29.03.2009, 15:58)
---------------------------------------------

Для того чтобы понять, как мышцы получают энергию, вам необходимо иметь хотя бы общее представление о метаболизме в мышечных клетках. Все клетки тела, включая мышечные, извлекают энергию из пищевых компонентов путем преобразования химической энергии связей, которые удерживают вместе пищевые углеводы, белки и жиры. В результате метаболизации заключенная в этих связях химическая энергия высвобождается в строго определенном количестве и используется организмом.

Метаболизм, или обмен веществ, - это совокупность процессов, осуществляемых специальными белками, ферментами, которые расщепляют пищевые белки, углеводы и жиры на более простые химические вещества. В ходе этого процесса энергия сначала накапливается в макроэргических химических связях пищевых компонентов, а затем переносится в специальное вещество, аденозинтрифосфат (АТФ) для того, чтобы её можно было использовать для обеспечения деятельности живых клеток и синтеза сложных веществ, таких как ферменты и жиры, предназначенных для использования внутри клеток. Входящий в состав аденозинтрифосфатных молекул аденозин идентичен тому, что содержится в генетическом материале, но в данном случае его главня функция - служить якорем, удерживающим два или три атома фосфата. Если в молекуле два атома фосфата, то такое химическое вещество называется аденозиндифосфатом (ADP). Энергия, необходимая для осуществления многих энергоемких процессов в организма, таких как производство жиров из жирных кислот или белков из аминокислот, высвобождается в результате проебразования АТР в ADP. Эта химическая энергия используется организмом там. где в ней возникает потребность, и доставляется к месту осуществления энергоемкоих реакций в строго дозированном количестве, чтобы минимизировать потери и не допустить выработки лишнего тепла. Соотношение АТР и ADP в клетках служит показателем энергетического состояния клеток, и его можно измерить примерно так же, как остаточный заряд алкалиновой батарейки в электрическом фонарике. Результатом проведения энергоемких реакций становится накопление ADP, которое приводит к уменьшению энергетического потенциала клетки так же, как в результате использования фонарика садится батарейка.

Контроль за соотношением АТР и ADP осуществляется с помощью большого количества реакций, которые высвобождают энергию и регулируют выработку энергии для восстановления запасов АТР, потраченных на проведение различных процессов в организме. Повышенная концентрация ADP в мышцах активизирует фермент, который расщепляет фосфокреатин (PCr), чтобы восстановить уровень АТР

Запасы PCr в мышцах строго ограничены, и при отсутствии других источников АТР их хватает для поддержания уровня АТР всего лишь в течение примерно 10 секунд. Но поскольку организм обычно получает АТР из других источников, то PCr выполняет функцию основного энергоресурса в течение первой минуты интенсивной физической нагрузки. Главное достоинство HCr в том, что это вещество локализуется непосредственно в мышцах и поэтому может очень быстро восстанавливать и поддерживать уровень АТР при краткосрочных интенсивных физических нагрузках в таких видах спорта, как спринт, прыжки, метания и тяжелая атлетика.

Добавлено (29.03.2009, 19:16)
---------------------------------------------

Химические реакции, с помощью которых организм производит АТР из пищевых копмоненов, подразделяются на анаэробные (без участия кислорода) и аэробные (с участием кислорода). Аэробный метаболизм - самое эффективное средство извлечения энергии из пищи с помощью кислорода, содержащегося внутри специальных органоидов, митохондрий, которые производят 42 молекулы АТР из каждой молекулы 6-углеродной глюкозы. При анаэробном метаболизме глюкоза расщепляется без участия кислорода. Это простой, но малоэффективный способ расщепления глюкозы на соли молочной кислоты. или лактаты. который позволяет получить примерно 6 молекул АТР. Несмотря на то что анаэробный метаболизм может происходить в самых неблагоприятных условиях (например, при отсутствии кислорода в уставших мышцах), человеческий организм использует его как вспомогательный (хотя для примитивных бактерий, у которых нет механизма, позволяющего осуществлять аэробный метаболизм, это единственная альтернатива).

В условиях низких или умеренных физических нагрузок организм использует главным образом аэробный метаболизм и переключается на анаэробный только в случаях истощения или необходимости внезапного максимального напряжения мышц, например в тяжелой атлетике. Благодаря использованию кислорода при выполнении больштнства физических упражнений эффективность производства энергии из пищевого топлива в клетках оказывается намного выше по сравнению с анаэробным метаболизмом.

В начале процесса аэробного метаболизма используется та же самая схема, что и при анаэробном метаболизме, правда, с одним существенным отличием — получаемое из глюкозы ключевое химическое вещество, пируват, не преобразуется в молочную кислоту, как это происходит при анаэробном метаболизме. Вместо этого пируват становится объектом биохимического процесса, который носит название «цикл Кребса» (в честь нобелевского лауреата доктора Ганса Кребса). Цикл Кребса использует различные химические вещества и кислород для извлечения максимального количества энергии путем полного разложения пирувата на углекислый газ и воду. Продуктами этого процесса становятся 36 дополнительных молекул АТР, что позволяет в итоге (вместе с 6 молекулами, полученными на первом этапе) получить из одной молекулы 6-углеродной глюкозы 42 молекулы АТР.

Теперь вы понимаете, как митохондрии заработали себе репутацию энергетических фабрик наших клеток и почему митохондрий особенно много в мышечных клетках, которые сильнее всего нуждаются в АТР для выполнения физических упражнений. У митохондрий есть собственные клеточные мембраны и собственная ДНК. Принято считать, что первоначально они представляли какую-то форму бактериальной жизни, которая вошла в состав более сложных клеток, где стала выполнять важную функцию производства энергии из пищи и кислорода, превращая их в углекислый газ и воду. Происходящий в митохондриях процесс называется окислительным фосфорилированием и позволяет извлечь из каждой молекулы глюкозы максимальное количество энергии.

Когда в организме достаточно кислорода, а физические нагрузки не превышают низкого или умеренного уровня, то получаемый из глюкозы пируват разлагается на углекислый газ и воду в митохондриях. В таких условиях из каждой молекулы глюкозы можно получить примерно 42 молекулы АТР по сравнению с 6 молекулами АТР при анаэробном метаболизме. Скорость получения энергии при аэробном метаболизме ниже, чем при анаэробном, но ее можно поддерживать на протяжении длительного времени — до 5 часов. Главное преимущество менее эффективного анаэробного пути в том, что использование местных запасов гликогена позволяет ему поставлять энергию в мышцы быстрее. После РСr это самый быстрый способ восстановления уровня АТР в мышцах. Вот почему анаэробный метаболизм глюкозы используется мышечными клетками в таких видах спорта, как тяжелая атлетика, когда организму нужно быстро получить как можно больше энергии.

Анаэробное расщепление глюкозы служит источником основной части энергии для интенсивных и кратковременных физических упражнений, длительностью от 30 секунд до 2 минут. Недостаток анаэробного метаболизма в том, что его нельзя поддерживать длительное время, так как накопление молочной кислоты в мышцах уменьшает рН и подавляет активность ключевых ферментов, отвечающих за процесс гликолиза, вызывая усталость. Высвобождаемая мышцами молочная кислота собирается печенью и снова превращается в глюкозу (цикл Кори) или используется как топливо для сердечной мышцы или менее активных скелетных мышц, функции которых не связаны с функциями активно сокращающихся мышц.

Добавлено (29.03.2009, 19:25)
---------------------------------------------

Мышечный гликоген — самый предпочтительный вид углеводного топлива как для аэробного, так и для анаэробного метаболизма при физических нагрузках длительностью менее двух часов. Истощение запасов мышечного гликогена вызывает усталость, которая становится результатом повышения концентрации лактатов, или солей молочной кислоты, в мышцах. Производство лактатов постепенно возрастает, но физиологи определили момент, так называемый анаэробный порог, после которого нарушение кислотного баланса приводит к изменению режима дыхания. Питание и физическая подготовка являются главными факторами, определяющими количество работы, которую может выполнить спортсмен в ходе конкретного упражнения, прежде чем усталость возьмет свое.

Это количество можно измерить непосредственно или косвенно. При косвенном способе измерения используются тренажер «бегущая дорожка» и стандартная методика измерения пульса. Хорошо подготовленные спортсмены способны выполнять одинаковый объем работы при более низкой частоте пульса. Такой косвенный метод оценки основан на предположении, что частота пульса пропорциональна потреблению кислорода. С другой стороны, потребление кислорода можно измерить непосредственно в ходе выполнения упражнения. При такой методике обычно используется бегущая дорожка с электроприводом, которая повышает степень нагрузки, а объем вдыхаемого кислорода измеряется до тех пор, пока не наступает усталость. Максимальное количество потребляемого кислорода сразу перед наступлением усталости обозначается символом VО₂max — максимальный объем кислорода, который способен получить организм.

Интенсивность упражнений можно измерить в процентах от VО₂max. У каждого человека свой индивидуальный уровень VО₂max, который зависит от степени физической подготовки и от объема нежировой массы тела. У тренированного спортсмена с развитой мускулатурой VО₂max гораздо выше, чем у неподготовленного человека, ведущего сидячий образ жизни. Во время упражнений малой интенсивности, таких как быстрая ходьба, потребление кислорода составляет 30-50% VО₂max. При беге трусцой этот уровень повышается до 50-80% VО₂max в зависимости от интенсивности бега, а у бегунов на спринтерские дистанции — до 85-150% VО₂max (дополнительные 50% приходятся на кратковременное производство энергии анаэробным способом). Вот почему неподготовленный человек начинает задыхаться при более низком уровне дополнительной нагрузки, чем спортсмен в хорошей физической форме.
Увеличение запасов гликогена перед началом физических упражнений помогает повысить спортивные показатели. При длительности тренировки от 20 до 30 минут содержащаяся в крови глюкоза становится важным топливным ресурсом, который позволяет экономить запас гликогена в мышцах. Как аэробные упражнения, так и упражнения на выносливость приводят к увеличению запасов гликогена, повышению уровня триглицеридов и окислительных ферментов, а также к увеличению количества и размеров митохондрий.

Добавлено (29.03.2009, 19:37)
---------------------------------------------

По мере роста вашей подготовленности к все более высоким уровням интенсивности физических упражнений ваши мышечные клетки будут увеличиваться в размерах и обзаводиться химическими механизмами, увеличивающими производство энергии. Помимо увеличения количества ферментов, участвующих в химических реакциях окисления глюкозы (цикл Кребса), тренировки повышают концентрацию липопротеинлипазы, фермента, необходимого для превращения триглицеридов в жирные кислоты. Таким механизмом обладают только мышцы и те типы мышечных волокон, которые используются для выполнения упражнений.

Типы мышечных волокон классифицируются по трем показателям:
1) скорости, с которой они могут сокращаться (быстро или медленно);
2) содержанию в них гликогена и ферментов, необходимых для производства энергии методом анаэробного метаболизма;
3) содержанию митохондрий с окислительными ферментами, обеспечивающими анаэробный метаболизм.

Медленно сокращающиеся мышечные волокна входят в состав крупных мышц, которые поддерживают положение тела и могут находиться в сокращенном состоянии на протяжении длительного времени. Их красный цвет объясняется высокой концентрацией миоглобина, транспортного белка для молекул кислорода. Эти волокна используют особый химический механизм, который замедляет аэробный метаболизм и позволяет им долго сохранять неподвижность. Быстро сокращающиеся мышечные волокна могут хранить большие запасы гликогена, который необходим для анаэробного метаболизма и который окрашивает их в белый цвет (в научной литературе их называют быстрыми волокнами типа IIb). Быстрые волокна другого типа (ІІа) сочетают механизмы высокоскоростного анаэробного метаболизма, необходимого для расщепления гликогена во время коротких всплесков энергии, с аэробными механизмами и окислительными ферментами в митохондриях для продолжительных нагрузок.

Исследования показывают, что упражнения развивают в организме способность превращать волокна типа IIb в быстрые волокна типа ІІа, и что чем больше в нем быстрых волокон типа ІІа, используемых для определенного вида упражнений, тем медленнее наступает усталость этой мышечной группы при длительной нагрузке. На первых стадиях длительных упражнений с нагрузкой от 50 до 75% от VО₂max используются волокна типа I (красные, медленные) и типа IIа (красные, быстрые), но по мере увеличения нагрузки организму приходится задействовать волокна типа IIb (белые, быстрые), чтобы поддержать интенсивность движений. Через какое-то время волокна типа IIb начинают высвобождать молочную кислоту — продукт анаэробного метаболизма запасов гликогена, — и тогда наступает усталость. Такое состояние, когда молочная кислота вызывает боль и усталость в мышцах, у бегунов на длинные дистанции называется «спекся». После того как уровень гликогена в красных мышечных волокнах падает, они переключаются на преимущественное использование запасов жира. Но поскольку жиры являются менее эффективным топливом, чем углеводы, то интенсивность движений уменьшается, и скорость бега падает.

Добавлено (29.03.2009, 19:44)
---------------------------------------------

На другом конце спектра располагаются легкие упражнения, такие как быстрая ходьба, во время которых мышцы используют в качестве топлива жиры, так как получаемого из жиров аденозинтрифосфата (АТР) оказывается достаточно для поддержания интенсивности движений. Необходимое количество жирных кислот можно получить из запасов жира, и, чтобы обеспечить быструю поставку жирных кислот при выполнении легких упражнений, организм в три раза увеличивает скорость расщепления жировых запасов по сравнению со скоростью высвобождения жирных кислот в состоянии покоя. Поэтому жиры, которые мало чем помогают организму во время кратковременных интенсивных нагрузок, оказываются превосходным источником энергии для длительных упражнений, особенно если они выполняются с низкой или умеренной интенсивностью.
Преимущество жиров как хранилищ энергии заключается в их вместительности и портативности. Поскольку в жирах нет воды, удельный вес жировых калорий намного меньше, чем белковых или углеводных (9 кал/г в жирах против 4 кал/г в углеводах или белках). Кроме того, если сравнить выход АТР на один атом углерода, жиры окажутся гораздо, эффективнее. Из одной молекулы 6-углеродной глюкозы организм получает в среднем 36-38 молекул АТР, что составляет 6 АТР на атом углерода, в то время как из 18-углеродной молекулы жира получается 147 молекул АТР, то есть 8,2 АТР на атом углерода. Однако эффективность углеводного топлива оказывается выше, если считать по количеству АТР, производимого на единицу потребляемого кислорода. Для метаболизации 6-углеродной глюкозы и получения 36 молекул АТР требуется 6 молекул кислорода (коэффициент равен 6 АТР на молекулу кислорода), а для производства 147 молекул АТР из 18-углеродного жира нужно 26 молекул кислорода (5,7 АТР на молекулу кислорода).

Следовательно, для профессиональных спортсменов важно поддерживать эффективность углеводного метаболизма до тех пор, пока в мышцах остается гликоген. Что касается белков, то при выполнении стандартных комплексов упражнений они обеспечивают всего около 6% потребности в энергии. Во время интенсивных упражнений на выносливость уровень производства глюкозы из аминокислот может достигать значительной величины — до 10-15% от общих потребностей в энергии. Единственным источником энергии для кратковременных скоростных физических упражнений являются углеводы, в то время как медленные, размеренные нагрузки обеспечиваются всеми тремя главными видами топлива (но в первую очередь жирами и углеводами).

Доступно только для пользователей