Кислородный запрос и энергетическое обеспечение в беге

7 Кислородный запрос и энергетическое обеспечение в беге

Кислородный запрос - количество кислорода, необходимого организму для обеспечения процессов жизнедеятельности в различных условиях покоя или работы в 1 мин. В покое в среднем кислородный запрос равен 200-300 мл. При беге на 5 км, например, он увеличивается в 20 раз и становится равным 5000-6000 мл. При беге на 100 м за 12 секунд, при пересчете на 1 мин кислородный запрос увеличивается дo 7000 мл.

Суммарный, или общий, кислородный запрос - это количество кислорода, необходимое для выполнения всей работы. В состоянии покоя человек потребляет 250-300 мл кислорода в 1 мин. При занятиях бегом эта величина возрастает в зависимости от интенсивности и продолжительности тренировок.

Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить в минуту при определенно-интенсивной мышечной работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК). МПК зависит от состояния сердечнососудистой и дыхательной систем, кислородной емкости крови, активности протекания процессов обмена веществ и других факторов.

Кислородный долг - разница между кислородным запросом и количеством кислорода, которое потребляется во время работы за 1 мин. Например, при беге на 5000 м за 14 мин кислородный запрос равен 7 л/мин, а предел (потолок) МПК у данного спортсмена - 5,3 л/мин; следовательно, в организме каждую минуту возникает кислородный долг, равный 1,7 л кислорода, т.е. такое количество кислорода, которое необходимо для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе.

При длительной интенсивной нагрузке (беге на длинные дистанции) возникает суммарный кислородный долг, который ликвидируется после окончания работы.

Основной фактор, лимитирующий рост мышечной массы - энергетический. «Энергетическими станциями» клеток являются митохондрии. Синтез белка в них протекает слабее, чем в других частях клетки, но от способности митохондрий вырабатывать энергию напрямую зависит способность клетки синтезировать белковые молекулы. Если говорить конкретно о мышечных клетках, то их рост (увеличение в размерах) будет невозможен до тех пор, пока не произойдет гипертрофия митохондрий. Самый первый результат силовых тренировок - это увеличение митохондрий в размерах, а также увеличение их количества. Энергетические возможности мышечных клеток при этом возрастают и энергии уже хватает для того, чтобы обеспечить гипертрофию всей мышечной ткани. Процесс воздействия таковой тренировки на мышечный рост можно условно (схематично) разделить на несколько этапов:

Тренировка -> энергетическое истощение мышечных клеток;

Энергетическое истощение -> образование медиаторов, воздействующих на генетический аппарат мышечных клеток (ДНК). Генетический аппарат при этом активизируется, «запуская» белковосинтетические процессы (протеинсинтез);

Активации протеинсинтеза -> гипертрофия митохондрий и увеличение их количества. При этом значительно повышается энергетический потенциал клетки.

Повышение энергетического потенциала активации генетического аппарата клетки -> гипертрофия клеток (выражается в росте мышечной массы).

Как видим, гипертрофия мышечных волокон невозможна без предыдущей гипертрофии митохондрий. Гипертрофия митохондрий - необходимый подготовительный этап для мышечного роста.

У высококвалифицированных спортсменов-бегунов митохондрии успешно утилизируют кетоновые тела (продукты недоокисленных жирных кислот), которые в обычных условиях утилизируются очень плохо, а также альдегиды, спирты (в т.ч. и этиловый спирт). То, что для обычного, нетренированного организма является ядом, например этиловый спирт, для квалифицированного спортсмена является источником энергии (на клеточном уровне конечно).

8 Соотношение аэробных и анаэробных процессов в беге

Основными характеристиками энергосистем в беге являются:

- анаэробная алактатная система. Здесь в реакции не участвует кислород и не образуется молочная кислота. Процесс накопления энергии посредством образования АТФ вызывается еще одной молекулой, содержащей энергообразующую связь — креатинфосфата.

Эта система типична для кратковременных усилий, например, для первой половины бега на дистанцию 100 м. Если мы стартуем внезапно из состояния покоя, наши мышцы начинают расходовать небольшое количество АТФ, накопленной в мышечных волокнах, а затем АТФ образуется благодаря креатинфосфату (КрФ), содержащему одну молекулу креатина и одну молекулу фосфата, которые соединены с помощью энергообразующей связи (—*—):

Креатин —*—Р

При разрыве этой связи выделяется энергия, используемая для ресинтеза АТФ из АДФ и фосфата.

Эта система называется анаэробной, поскольку в ресинтезе не участвует кислород, и алактатной, поскольку молочная кислота не образуется. Количество АТФ, которое может образоваться в этом случае (примерно в четыре раза больше запаса АТФ), ограничено, так как запасы креатинфосфата в мышечных волокнах невелики. Эта система не очень важна для тренеров по марафону в виду того, что образуемого в ней количества АТФ будет достаточно лишь для прохождения самого начала марафонской дистанции.

- анаэробная лактатная система. Здесь в реакции кислород не участвует, но образуется молочная кислота. Энергия посредством образования АТФ поступает из расщепляющихся молекул сахара. Во время этой реакции образуется молочная кислота. Она также известна под названием анаэробная гликолитическая система, поскольку молекулы сахара расщепляются без участия кислорода. Молекулы сахара, точнее говоря молекулы глюкозы, расщепляются не полностью, а лишь до образования молочной кислоты. Мышца фактически содержит не молекулы молочной кислоты, а отрицательно заряженный ион лактата (LА^-) и положительно заряженный ион водорода (Н⁺), а также энергию, необходимую для образования АТФ из АДФ и фосфата:

Глюкоза => LА^- + Н⁺ + энергия

Оба этих иона могут рассматриваться как ненужные, служащие помехой для мышц. Они также могут попасть из мышцы в кровь даже во время работы мышцы, если эта работа будет достаточно продолжительной, как в случае марафонского бега.

Принято считать, что мышца прибегает к анаэробной лактатной системе в том случае, когда интенсивность выполняемой работы такова, что запрос АТФ в минуту будет превышать количество АТФ, образуемое за счет аэробной системы. Анаэробная лактатная система важна в беге на дистанции 400м, 800м и даже на более длинную дистанцию 1500м. Однако она важна в определенной степени и для марафонского бега.

- аэробная система требует кислорода и «топлива», которым могут быть сахара, жиры и ограниченное количество белков. В результате биохимической реакции между кислородом и этим топливом образуется энергия, необходимая для образования АТФ.

В этой системе энергия, используемая для образования АТФ, также может быть получена из молекул глюкозы. Однако в этом случае они полностью расщепляются за счет сложной цепочки биохимических реакций с участием кислорода до образования двуокиси углерода и воды. Эти реакции могут происходить также с жирными кислотами, которые превращаются в двуокись углерода и воду. Эти реакции можно представить в следующем виде:

Глюкоза + кислород => двуокись углерода + вода + энергия

Жирные кислоты + кислород => двуокись углерода + вода + энергия

Как и в остальных системах, под «энергией» подразумевается энергия, используемая для образования АТФ из АДФ и фосфата. В данной, третьей по счету системе, обе реакции с глюкозой и жирными кислотами протекают с участием кислорода. Он берется из атмосферного воздуха и транспортируется к работающей мышце, точнее говоря, к митохондриям мышечных волокон. В марафонском беге (как и в беге на дистанцию 10000м, полумарафоне, спортивной ходьбе и беге на лыжах на длинные дистанции) результат спортсмена зависит в значительной степени от количества кислорода, подводимого в минуту к мышечным волокнам, и от количества кислорода, которое может быть эффективно использовано мышцами. Обратите внимание на то, что небольшое количество энергии, производимое анаэробной системой, образуется за счет соединения кислорода с аминокислотами, простейшими молекулами белков.