Энергообразование во время плавания

Чтобы правильно тренироваться и достигать своих целей наиболее эффективным способом (будь то рекорд города на дистанции 50 метров, пресечение местного озера вплавь, сброс веса к сезону купальников или красивое рельефное тело), важно понимать, как вырабатывается энергия в организме, какие мышечные волокна и при каких обстоятельствах эту энергию используют. Зная эти механизмы, вы сможете более грамотно подобрать и распределить физическую нагрузку, проложить наиболее короткий путь к своей цели.

В этой статье мы рассмотрим вопрос, из каких именно веществ наш организм извлекает энергию, что такое анаэробное и аэробное энергообразование.

Энергоносители

Для выполнения любой работы мышцам необходима энергия. Мышечными энергоносителями являются:

фосфатные соединения: аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
углеводы: глюкоза и гликоген
жиры в виде жирных кислот

Также энергоносителем могут выступать и белки в виде аминокислот, но они в этом качестве используются только в крайних случаях (предельные продолжительные нагрузки, голодание). Наша же задача, наоборот, сохранить свои белки в целости и сохранности и использовать их по назначению, то есть для роста и увеличения мышц.

Где в организме хранятся энергоносители?

Запасы аденозинтрифосфата (АТФ), креатинфосфата (КФ), гликогена и жиров накапливаются непосредственно в самой мышечной клетке. Кроме того, гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке.

Запасы АТФ и КФ в мышцах настолько малы и ничтожны, и, в лучшем случае составляют всего несколько килокалорий. Таких запасов хватит всего-навсего на несколько секунд интенсивной работы.

Другое дело гликоген и жиры. Энергетические резервы, хранящиеся в организме в виде гликогена составляют у тренированного человека до 750 грамм (3100 ккал), в то время как у нетренированного – более чем на треть меньше – 450 грамм (1800 ккал). Большая часть гликогена запасается в мышцах и представляет из себя энергорезерв быстро включающийся в энергообразование (так как мышечный гликоген не надо транспортировать к мышечной клетке с помощью кровотока, а затем проводить через оболочку клетки – ведь он уже итак в ней припасен). Интересен следующий факт: мышечные волокна легко и с удовольствием принимают приносимую кровотоком глюкозу, и накапливают ее в виде гликогена, но очень неохотно отдают его для потребления другими интенсивно работающими мышцами.

Запасы гликогена в печени составляют около 150 грамм (620 ккал). Гликоген печени только частично может быть использован для обеспечения работы мышц. Дело в том, что нужно еще обеспечивать работу мозга и нервной системы, которым тоже нужно питание. Поэтому всевозможные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению "печеночного" гликогена мышцами и поддерживают постоянный уровень сахара в крови (80-90 мг глюкозы на 100 мл крови).

Итак, истратив свой гликоген, и позаимствовав немного гликогена у печени, наши интенсивно работающие на тренировке мышцы все еще нуждаются в источнике энергии. Тут дело доходит и до жиров.

Запасы жиров в организме огромны: от 30000 до 100000 ккал и сосредоточены они в подкожной жировой клетчатке (особенно на животе, и на бедрах у дам). Запасы жира в мышцах (в виде капель триглицерида) не велики – около 200 грамм (1900 ккал). Жиры хороши для продолжительной мышечной работы небольшой интенсивности.

Химические реакции

Непосредственным источником энергии для мышечных волокон всегда является АТФ. В чистом виде запасы АТФ в мышцах очень малы и хватает их всего лишь на пару секунд интенсивной работы. Так откуда же потом берется АТФ? Синтезируется из жиров, углеводов и других энергоносителей. Процесс расхода и синтеза АТФ происходит в организме постоянно. По некоторым данным каждые сутки образуется и разрушается количество АТФ равное массе тела

Как происходит процесс?

Чтобы получить энергию аденозинтрифосфат (АТФ) расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При этом выделяется энергия, которая и используется для сокращения мышечных волокон:

Запасы АТФ в мышцах крайне малы, поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза АТФ:

Эта обратная реакция называется фосфорилированием. Для осуществления этой реакции, как мы видим, нужна энергия. Где же ее взять?

Вот тут и потребуются рассмотренные ранее вещества-энергоносители, при расщеплении которых мы получим необходимую для синтеза АТФ энергию. Если в получении этой энергии участвует кислород, то такое энергообразование называется аэробным, если образование энергии проходит без участия кислорода, то это анаэробное энергообразование. С помощью каких энергоносителей будет осуществляться восстановление АТФ, зависит от количества энергии требуемой в единицу времени.

Анаэробное энергообразование

Анаэробное энергообразование присутствует во время самых первых движений при любой активности, а также тогда, когда аэробные источники энергии не могут удовлетворить потребности организма в энергии. Анаэробное энергообразование осуществляется без участия кислорода и подразделяется на анаэробное алактатное и анаэробное лактатное.

Анаэробное алактатное энергообразование

Анаэробное алактатное (фосфатное) энергообразование осуществляется с помощью креатинфосфата (КФ), который запасается в небольшом количестве в мышцах, и, собственно там же содержащихся запасов АТФ.

Химические реакции, проходящие с участием КФ и АТФ, способны дать работающим мышцам огромное количество энергии, но в течение весьма непродолжительного времени, потому что запас этих соединений в организме ограничен (запасов КФ в мышцах всего в 3-4 раза больше, чем АТФ). Именно эти химические реакции оказывают максимальный вклад в обеспечение энергией быстрого, взрывного плавания с полной отдачей примерно в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров.

Итак, запаса КФ и АТФ хватает лишь на 7-12 секунд предельно интенсивной работы, ну, или же на 15-30 секунд просто интенсивного сокращения мышц. В течение этого времени организмом не накапливается молочная кислота, поэтому такое энергообразование называется анаэробным алактатным. Но, нам необходимо двигаться дальше, и организм для получения энергии переключается на менее эффективный энергоноситель - гликоген, запасы которого в организме гораздо более значительны, нежели запасы креатинфосфата.

Анаэробное лактатное энергообразование

Анаэробное лактатное (гликолитическое) энергообразование обеспечивается с помощью гликогена, запасаемого организмом в мышцах и печени. В процессе гликолиза гликоген, содержащийся в мышце, расщепляется до молочной кислоты (лактата). При этом образуются АТФ и КФ. Анаэробные лактатные источники энергии не так мощны, как анаэробные алактатные, но зато действуют они в течение более продолжительного времени. Интенсивность нагрузки приходится снижать, так как для более мощных и быстрых движений энергии просто не хватит. Анаэробные лактатные источники являются главными в энергообеспечении во время плавания на дистанциях в 100 и 200 метров, а также вносят заметный вклад в энергообеспечение на дистанции в 400 метров.

На самом деле анаэробное расщепление гликогена "стартует" практически с самого начала физической нагрузки, так как организм, не зная какая работа его ждет, старается активировать все свои энергетические системы, чтобы потом не допустить перерывов в работе. Когда заканчиваются запасы КФ и АТФ в мышцах, то есть секунд через 15-20, анаэробная лактатная система выходит на максимальную интенсивность.

Казалось бы, запасы гликогена в мышцах достаточно велики, и анаэробное лактатное энергообеспечение может очень долго снабжать мышцы энергией. Но по факту действия этой системы длится 2-3 минуты очень интенсивной работы. В чем же подвох? Все дело в той самой, образующейся при гликолизе, молочной кислоте (лактате). При продолжительных интенсивных нагрузках количество образовавшейся молочной кислоты превышает порог ее возможного усвоения и утилизации другими мышцами и буферными системами крови, что, в конечном счете, приводит к уменьшению синтеза АТФ и снижению работоспособности. В такой ситуации выхода два: либо передохнуть (до тех пор, пока из мышц не выйдут излишки лактата), либо еще больше снизить интенсивность нагрузки, чтобы запустить аэробную систему энергообразования.

Аэробное энергообразование

Аэробное энергообразование (аэро – воздух) осуществляется с участием кислорода, т.е. происходит реакция окисления кислородом углеводов (в виде гликогена) и жиров (в виде жирных кислот). При этом в процессе реакции наряду с энергией выделяются вода и углекислый газ. Один моль глюкозы (при разложении мышечного гликогена) поставляет 39 молей АТФ, а один моль жирных кислот - втрое больше. Запасы гликогена содержатся в основном в мышцах, и в меньшей степени в печени. Жиры могут накапливаться в мышечных волокнах в виде маленьких капелек (капли триглицерида) или транспортироваться кровотоком к работающей мышце из подкожной жировой клетчатки в виде жирных кислот.

Как и другие системы получения энергии для синтеза АТФ, аэробная система запускается сразу в момент начала физических нагрузок, но наращивает обороты очень медленно, выходя на свою максимальную мощность через 2-3 минуты интенсивной нагрузки. Вначале преобладает распад гликогена, и только потом, минут через 20-30 начинает преобладать распад жирных кислот.

Эффективность аэробных процессов напрямую зависит от поступления кислорода, а его поступление в свою очередь в основном зависит от работы сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Чем больше сердце и легкие могут поставить работающим мышцам кислорода, тем больше энергии можно произвести аэробным способом.

Как написано выше, при одинаковом по весу расходе гликогена и жирных кислот, из жиров получается почти в три раза больше энергии. Но для окисления жирных кислот кислорода требуется больше (по некоторым данным на 12%), чем для расщепления гликогена. Получается такая закономерность: чем интенсивнее нагрузка, тем больше требуется кислорода для обеспечения реакций расщепления, и тем больше преобладает расход гликогена по сравнению с расходом жирных кислот (при нарастающем дефиците кислорода, организм просто не может себе позволить расщеплять жирные кислоты). Поэтому организм начинает расщеплять в основном жиры только тогда, когда запасы гликогена подходят к концу. Или… когда кислорода предостаточно, т.е. при малоинтенсивных нагрузках.

Регулярные аэробные тренировки позволяют увеличить число митохондрий в мышцах, в результате чего мышцы способны принимать больше кислорода. Поэтому при одинаковой мощности аэробной работы, более тренированный человек будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с менее подготовленным человеком.

Эффективность аэробного энергообеспечения за счёт жировых запасов зависит также от скорости протекания процесса расщепления жиров на составляющие их жирные кислоты (этот процесс называется липолизом) и от скорости кровотока в жировой ткани. Максимальный кровоток в жировой ткани обеспечивает работа, выполняемая с интенсивностью 60-70 % от максимальной частоты сердечных сокращений.

Мощность, образуемая при аэробном энергообразовании, гораздо меньше мощности, получаемой анаэробным процессом. Но с помощью аэробных источников энергии можно проплыть или пробежать намного дольше: ведь резервы жиров в организме весьма велики. Аэробные пути энергообеспечения являются превалирующими на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, а также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров.

Следует помнить, что при продолжительных аэробных нагрузках свыше 90 минут, собственных запасов гликогена организму для продолжения работы часто не хватает. Поэтому эти резервы нужно восполнять напитками с богатым содержанием глюкозы и минеральных веществ.

Подведем итоги:

Система энерго-образования	Подвид системы энерго-образования	Источники энергии	Скорость образования АТФ	Объем производства АТФ	Когда используется	Дистанции в плавании
Анаэробная	Анаэробная алактатная	Креатинфосфат, АТФ	Очень высокая	Малый, так как ограничен малым количеством АТФ и креатинфосфата в мышцах	При очень интенсивной кратковременной работе продолжительностью до 7-12 секунд	Быстрое плавания с полной отдачей в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров
Анаэробная	Анаэробная лактатная	Гликоген мышц и печени, глюкоза крови	Высокая	Ограниченный, так как накопления лактата в мышцах приводит к утомлению	При нагрузке высокой интенсивности и малой продолжительности (1-3 минуты)	Главные источники в плавании на 100 и 200 метров, а также вносят заметный вклад в энергообеспечение на дистанции в 400 метров.
Аэробная	Аэробный гликолиз	Гликоген мышц и печени, глюкоза крови	Медленная	Ограничивается запасами гликогена.	При аэробных нагрузках средней интенсивности продолжительностью более 3 минут	Главные источники на дистанциях в 400, 800, 1500 метров и в марафонском плавании на открытой воде, также вносят некоторый вклад в плавание на 100 и 200 метров
Аэробная	Аэробное окисление жирных кислот	Жирные кислоты	Медленная	Неограниченный. Но сжигание жира требует большего количества кислорода по сравнению с окислением углеводов.	При аэробных нагрузках низкой и средней интенсивности продолжительностью более 20 минут

Читайте также:
Строение мышц и типы мышечных волокон
Каталог статей раздела ТРЕНИРОВКА