При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, (мышца является химическим двигателем, а не тепловым). Для работы мышц потребляется энергия АТФ.
Расщепление АТФ (АденозинТриФосфата) с отсоединением одной молекулы Фосфата и образованием аденозиндифосфата (АДФ) сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль: АТФ = АДФ + Ф + Эн.
Запасы АТФ в мышцах невелики (около 5 ммоль • л1), их хватает на 1-2 сек работы. Количество АТФ в мышцах не может изменяться. При отсутствии АТФ в мышцах развивается контрактура (не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке — теряется эластичность.
Восстановление АТФ происходит в:
1. анаэробных условиях за счет: a. распада креатинфосфата (КрФ); b. распада (расщепления) глюкозы - реакции гликолиза.
2. аэробных условиях за счет. a. реакций окисления углеводов; b. реакции окисления жиров.
1. В анаэробных условиях (без участия кислорода) 1-а) Быстрое восстановление АТФ происходит в тысячные доли секунды за счет распада КрФ: АДФ + КрФ = АТФ + Кр. Наибольшей эффективности этот путь энергообразования достигает к 5-6-й секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются, так как их немного (около 30 ммоль • л1).
1-б) Медленное восстановление АТФ обеспечивается энергией расщепления глюкозы (выделяемой из гликогена) — реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молочной кислоты (лактата) и восстановлением 3 молекул АТФ. Достигает наибольшей мощности к концу 1-й минуты работы. Этот путь энергообразования важен при высокой мощности работы, которая продолжается от 20 с до 1 -2 мин (например, при беге на средние дистанции), а также при резком увеличении мощности более длительной и менее напряженной работы (спурты и финишные ускорения при беге на длинные дистанции) и при недостатке кислорода во время выполнения статической работы. Ограничение использования углеводов связано с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты.
2. В аэробных условиях (с участием кислорода – окисление) 2) Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т. е. при аэробной работе длительностью более 2-3 мин. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечно-сосудистой систем и системы крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 мин — максимальное потребление кислорода (МПК) – зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированных лиц в 1 мин поступает к работающим мышцам около 2.5-Зл О2, а у высококвалифицированных спортсменов — лыжников, пловцов, бегунов-стайеров и др. достигает 5-6л и даже 7л в 1 мин.
2-а) При значительной мощности работы и огромной потребности в кислороде основным субстратом окисления являются углеводы, т.к. для их окисления требуется меньше кислорода, чем при окислении жиров. Например, при использовании одной молекулы глюкозы (С6Н12О6), полученной из гликогена, образуется 38 молекул АТФ, т. е. аэробный путь энергообразования обеспечивает при том же расходе углеводов во много раз больше продукции АТФ, чем анаэробный путь. Молочная кислота в этих реакциях не накапливается, а промежуточный продукт — пировиноградная кислота сразу окисляется до конечных продуктов — СО, и Н,О.
2-б) Жиры обладают наибольшей энергетической емкостью: при расходовании 1 моля АТФ выделяется около 10 ккал энергии, 1 моля КрФ – около 10.5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэробном расщеплении — около 50 ккал, а при окислении 1 моля глюкозы — около 700 ккал, при окислении 1 моля жиров — 2400 ккал. Использование жиров при работе высокой мощности ограничено в связи с трудностью доставки кислорода работающим тканям. Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразование происходит в момент сокращения мышц — начальное теплообразование (оно составляет всего одну тысячную всех энерготрат) и в период восстановления — запаздывающее теплообразование.
В обычных условиях при работе мышц тепловые потери составляют около 80% всех энерготрат. Для оценки эффективности механической работы мышцы используют вычисление коэффициента полезного действия (КПД).Величина КПД показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механической работы мышцы. Ее вычисляют по формуле: КПД=[А: (Е-е)] * 100%, где: А – энергия, затраченная на полезную работу; Е – общий расход энергии; е – расход энергии в состоянии покоя за время, равное длительности работы.
У нетренированного человека КПД примерно 20%, у спортсмена — 30-35%. При ходьбе наибольший КПД отмечается при скорости 3.6-4.8 км • час1, при педалировании на велоэргометре — при длительности цикла около 1 с. С увеличением мощности работы и включением «ненужных» мышц КПД уменьшается. При статической работе, поскольку А = 0, эффективность работы оценивается по длительности поддерживаемого напряжения мышц.
Задание: нарисовать схему. Расположить 4 способа восстановления АТФ по порядку включения, с указанием времени.
