Мышцам нужна энергия для выполнения своих функций. Энергоснабжение можно гарантировать различными способами за счет расщепления и преобразования питательных веществ.
Что такое энергоснабжение?
Энергоснабжение мышц возможно четырьмя различными способами. Они различаются по скорости и количеству, с которым они могут передавать энергию. Интенсивность мышечной активности определяет, какой из этих процессов используется для выработки энергии.
Различные процессы часто выполняются бок о бок. В анаэробном (без кислорода) алактическом (без воздействия лактата) процессе накопление АТФ (аденозинтрифосфат) и накопление креатинфосфата обеспечивают энергию на короткое время. Однако этого достаточно только на 6-10 секунд, для хорошо подготовленных спортсменов - до 15 секунд, и он вызывается при максимальной производительности в области максимальной, быстрой силы и скорости. Все остальные процессы требуют присутствия глюкозы или жирных кислот. Они доставляют АТФ (аденозинтрифосфат) в различных количествах путем полного или неполного разложения.
При анаэробной молочной энергии гликоген, форма хранения глюкозы, расщепляется не полностью. Следовательно, этот процесс также называется анаэробным гликолизом. Результат - лактат и мало энергии, которых достаточно для 15-45 секунд интенсивных тренировок, а у лучших спортсменов - на 60 секунд. Для продолжительных занятий спортом с низкой интенсивностью энергия получается за счет полного сгорания глюкозы или жирных кислот в аэробных (с потреблением кислорода) процессах производства энергии, которые происходят в митохондриях мышечных клеток.
Функция и задача
Мышцам нужна энергия для выполнения своих функций. Они превращают это в механическую работу по перемещению суставов или стабилизации частей тела. Однако механический КПД очень низкий, так как только около трети выделяемой энергии используется для кинетических требований. Остальное сжигается в виде тепла, которое либо выделяется наружу, либо используется для поддержания температуры тела.
Спортсмены, для которых важны быстрые движения или требующие высоких физических нагрузок в течение короткого периода времени, получают энергию из энергетических запасов, которые находятся в плазме мышечных клеток. Типичными дисциплинами, отвечающими этим требованиям, являются, например, спринт на 100 метров, тяжелая атлетика или прыжки в высоту.
Типичными видами спорта, продолжительность которых составляет 40-60 секунд при максимально возможной производительности, являются бег на 400 метров, конькобежный спорт на 500 метров или велоспорт на 1000 метров, а также длинный финальный спринт в конце гонки на выносливость. Мышцы получают энергию для этих действий в результате анаэробного метаболизма молочной энергии. Помимо лактата, вырабатывается больше ионов водорода, которые постепенно чрезмерно окисляют мышцы и, таким образом, представляют собой ограничивающий фактор для этого типа спортивной активности.
В случае длительных, малоинтенсивных занятий спортом необходимо постоянно восполнять энергию, не допуская появления веществ, приводящих к сбою. Это достигается за счет полного сжигания глюкозы и жирных кислот, полученных из углеводов и жиров. В конце концов, оба источника энергии оказываются после различных стадий разложения в виде ацетил-кофермента А в цитратном цикле, где они разлагаются при потреблении кислорода и выделяют значительно больше энергии, чем анаэробный гликолиз.
Важно отметить, что запасы жира в организме могут обеспечивать энергию значительно дольше, чем запасы углеводов, хотя и с меньшей интенсивностью. Если спортсменам на выносливость не удается восполнить запасы углеводов в перерывах, может произойти значительное снижение производительности.
Болезни и недуги
Все заболевания, нарушающие расщепление, транспорт и всасывание жирных кислот и глюкозы, имеют негативные последствия для снабжения энергией. При диабете основным нарушением является всасывание глюкозы из крови в клетки, для чего необходим инсулин. В зависимости от степени тяжести это может привести к недостаточному снабжению мышечными клетками, что снижает работоспособность. Следствием этого нарушения абсорбции является повышение уровня сахара в крови, сигнал для поджелудочной железы производить еще больше инсулина, чтобы уменьшить этот избыток. Помимо длительного повреждения органов, вызванного изменениями в составе крови, этот процесс оказывает прямое влияние на возможности мобилизации запасов жира и глюкозы в печени. Повышенное содержание инсулина способствует превращению глюкозы в запасную форму гликогена и образованию жировых отложений, что препятствует мобилизации этих веществ для доставки энергии.
Заболевания печени, такие как ожирение печени, гепатит, фиброз или цирроз печени, оказывают схожее влияние на мобилизацию жира, даже если механизмы действия различны. При этих заболеваниях баланс между абсорбцией и хранением жира, с одной стороны, и расщеплением и транспортировкой, с другой стороны, нарушается из-за ферментативных дефектов, что сказывается на общей производительности.
Есть некоторые редкие заболевания, которые происходят непосредственно в мышечных клетках и в некоторых случаях имеют серьезные последствия для пострадавших. Эти генетические заболевания обобщены термином метаболические миопатии. Есть 3 основные формы с разными вариантами: При митохондральных заболеваниях генетические дефекты вызывают нарушения в дыхательной цепи, что важно для аэробного расщепления глюкозы. Это означает, что АТФ либо не образуется, либо образуется лишь небольшое количество АТФ, доступного в качестве источника энергии. Помимо мышечных симптомов, на первом плане нервные дегенерации. В случае болезни накопления гликогена (наиболее известной формой является болезнь Помпе) генетические дефекты нарушают преобразование гликогена в глюкозу. Чем раньше возникнет это заболевание, тем хуже прогноз. Болезнь накопления липидов ведет себя аналогичным образом, но есть проблемы с преобразованием жира.
При всех заболеваниях встречаются самые разные симптомы. В мышцах иногда наблюдается значительное снижение работоспособности, быстрая утомляемость, возникновение мышечных судорог, мышечная гипотония и, при длительном прогрессировании, мышечное истощение.
