Откуда организм берет энергию при тренировках

Откуда берется энергия для работы мышц?

Работа мышцы связана со значительной затратой энергии. Из-за разной активности ее расход сильно отличается у разных людей. Суточные затраты энергии человека, который интенсивно тренируется больше чем в 2 раза превышают затраты человека, который не занимается спортом.

При физической нагрузке энергозатраты существенно возрастают за счет работы мышц. Они расходуют приблизительно 90 процентов всей энергии, тогда как в состоянии покоя их потребности составляют не больше 40 процентов. В некоторых органах человеческого организма при мышечной активности расход энергии может как увеличиваться, так и сокращаться.

Главным источником энергии при мышечной работе является АТФ. При реакции, которая носит название ферментативный гидролиз, происходит освобождении энергии АТФ.

АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + энергия.

Количество процессов, которые потребляют энергию АТФ, достаточно высоко, хотя содержание самой АТФ в мышцах невелико, приблизительно 0,4-0,5 процента от массы мышцы. Этих запасов хватает на 1-2 секунды работы мышцы с околомаксимальной интенсивностью.

Стабильная работа мышцы возможна лишь при концентрации АТФ в диапазоне 0,25 – 0,5 процента от ее массы.

Для поддержания высокого уровня концентрации АТФ при мышечной работе существует несколько способов ее восполнения, которые называют ресинтезом АТФ . Этот процесс выражается формулой:

АДФ +H3PO4 + энергия = АТФ + H2O

Ресинтез АТФ может быть двух видов. Первый — это аэробный, для осуществления которого нужен кислород, второй — анаэробный, который не требует его участия.

Аэробное окисление является основным процессом, с помощью которого осуществляется ресинтез АТФ при повседневной деятельности. Количество энергии, поставляемое аэробным окислением, во много раз превышает аналогичные показатели анаэробных. Основной «пищей» для этого процесса служат углеводы и жиры. В конце аэробного превращения образуются продукты распада H2O и СО2 которые легко выводятся из организма.

К недостаткам аэробного окисления по сравнению с анаэробными процессами можно отнести низкую скорость развертывания и ограниченную максимальную мощность.

У нетренированных людей аэробный ресинтез АТФ достигает своей максимальной интенсивности после 3-4 минут напряженной мышечной работы, у спортсменов это время значительно сокращается.

Анаэробные процессы ресинтеза АТФ имеют гораздо более высокую скорость развертывания и максимальную мощность.

Можно выделить три основных механизма ресинтеза АТФ:

• креатинфосфокиназная реакция, которую также называют креатинфосфатной;
• гликолиз;
• миокиназная реакция.

Креатинфосфатная реакция является самым быстро развертывающимся и обладающим самой большой мощностью механизмом ресинтеза АТФ, он достигает максимальной мощности уже через 1-3 секунды с начала интенсивной работы и предотвращает резкое снижение концентрации АТФ.

Так, креатинфосфатная реакция выполняет важную роль для обеспечения энергией кратковременных упражнений максимальной мощности (спринтерский бег, различные прыжки).

При исчерпании запасов креатинфосфата его основное количество восстанавливается в течение 3-8 минут, а полное восстановление – через 20-40 минут после завершения нагрузок.

К еще одному важному механизму ресинтеза АТФ относят также гликолиз. Он является начальным этапом расщепления углеводов (гликогена и глюкозы), который завершается образованием пировиноградной или молочной кислоты.

Гликолиз уступает креатинфосфатной реакции и по скорости развертывания, которая зависит от интенсивности выполняемого упражнения и тренированности человека, и по максимальной мощности. У тренированных людей гликолиз достигает максимальной мощности в течение 20-40 секунд после начала интенсивного упражнения. При регулярных тренировках можно увеличить скорость развертывания и мощность гликолиза.

Гликолиз характеризуется менее высокой энергетической эффективностью в связи с тем, что большое количество энергии, которая находится в углеводах, не освобождается, а сохраняется в молочной кислоте. Интенсивная работа приводит к быстрому истощению запасов гликогена в мышцах.

Гликолиз является основным механизмом энергообеспечения при выполнении упражнений с максимальной интенсивностью продолжительностью 30 – 180 секунд, например, при вольной борьбе или в гимнастике.

К анаэробным механизмам ресинтеза АТФ также относят миокиназную реакцию, которую еще называют «механизмом последней помощи». Она запускается тогда, когда все остальные процессы ресинтеза АТФ практически полностью себя исчерпают. Это случается при окончании очень интенсивной мышечной работы.

Вывод. Анаэробные процессы энергообразования являются основными во время выполнения непродолжительной интенсивной нагрузки, а работа с умеренной мощностью характеризуется практически полным аэробным энергообеспечением и возможностью длительного выполнения.

Источник

Энергия во время тренировки

Статья посвящена тому, как расходуется, распределяется и восстанавливается энергия во время и после тренировки.

В самом начале тренировки, или когда энергозатраты резко возрастают (спринт), потребность в энергии больше, чем уровень, с которым происходит синтез АТФ с помощью окисления углеводов. Вначале углеводы «сжигаются» анаэробно (без участия кислорода), это процесс сопровождается выделением молочной кислоты (лактата). В результате освобождается некоторое количество АТФ — меньше, чем при аэробной реакции (с участием кислорода), но быстрее.

Другим «быстрым» источником энергии, идущим на синтез АТФ, является креатин фосфат. Небольшие количества этого вещества содержатся в мышечной ткани. При распаде креатин фосфата освобождается энергия, необходимая для восстановления АДФ до АТФ. Этот процесс протекает очень быстро, и запасов креатин фосфата в организме хватает лишь на 10-15 секунд «взрывной» работы, т. е. креатин фосфат является своеобразным буфером, покрывающим краткосрочный дефицит АТФ.

Втягивающий период тренировки

В это время в организме начинает работать аэробный метаболизм углеводов, прекращается использование креатин фосфата и образование лактата. Запасы жирных кислот мобилизуются и становятся доступными как источник энергии для работающих мышц, при этом повышается уровень восстановления АДФ до АТФ за счет окисления жиров.

Основной период тренировки

Между пятой и пятнадцатой минутой после начала тренировки в организме повышенная потребность в АТФ стабилизируется. В течение продолжительной, относительно ровной по интенсивности тренировки синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов (гликогена и глюкозы) и жирных кислот. Запасы креатин фосфата в это время постепенно восстанавливаются.

При возрастании нагрузки (например, при беге в гору) расход АТФ увеличивается, причем, если это возрастание значительное, организм вновь переходит на анаэробное окисление углеводов с образованием лактата и использование креатин фосфата. Если организм не успевает восстанавливать уровень АТФ, может быстро наступить состояние усталости.

Какие источники энергии используются в процессе тренировки?

Углеводы являются самым важным и самым дефицитным источником энергии для работающих мышц. Они необходимы при любом виде физической активности. В организме человека углеводы хранятся в небольших количествах в виде гликогена в печени и в мышцах. Во время тренировки гликоген расходуется, и вместе с жирными кислотами и глюкозой, циркулирующей в крови, используется как источник мышечной энергии. Соотношение различных используемых источников энергии зависит от типа и продолжительности упражнений.

Несмотря на то, что в жире больше энергии, его утилизация происходит медленнее, и синтез АТФ через окисление жирных кислот поддерживается использованием углеводов и креатин фосфата. Когда запасы углеводов истощаются, организм становится не в состоянии переносить высокие нагрузки. Таким образом, углеводы являются источником энергии, лимитирующим уровень нагрузки во время тренировки.

Факторы, ограничивающие энергозапасы организма во время тренировки.

1. Источники энергии, используемые при различных типах физической активности

слабая интенсивность (бег трусцой): Требуемый уровень восстановления АТФ из АДФ относительно низок, и достигается окислением жиров, глюкозы и гликогена. Когда запасы гликогена исчерпаны, возрастает роль жиров как источника энергии. Поскольку жирные кислоты окисляются довольно медленно, чтобы восполнять расходуемую энергию, возможность долго продолжать подобную тренировку зависит от количества гликогена в организме. средняя интенсивность (быстрый бег): Когда физическая активность достигает максимального для продолжения процессов аэробного окисления уровня, возникает потребность быстрого восстановления запасов АТФ. Углеводы становятся основным топливом для организма. Однако только окислением углеводов требуемый уровень АТФ поддерживаться не может, поэтому параллельно происходит окисление жиров и образование лактата. максимальная интенсивность (спринт):

Синтез АТФ поддерживается, в основном, использованием креатин фосфата и образование лактата, поскольку метаболизм окисления углеводов и жиров не может поддерживаться с такой большой скоростью.

2. Продолжительность тренировки

Тип источника энергии зависит от продолжительности тренировки. Сначала происходит выброс энергии за счет использования креатин фосфата. Затем организм переходит на преимущественное использование гликогена, что обеспечивает энергией приблизительно на синтез АТФ. Остальную часть энергии на синтез АТФ организм получает за счет окисления свободных жирных кислот и глюкозы. Когда запасы гликогена истощаются, основным источником энергии становятся жиры, в то же время из углеводов начинает больше использоваться глюкоза.

3. Тип тренировки

В тех видах спорта, где периоды относительно низких нагрузок сменяются резкими повышениями активности (футбол, хоккей, баскетбол), происходит чередование использования креатин фосфата (во время пиков нагрузки) и гликогена как основных источников энергии для синтеза АТФ. В течение «спокойной» фазы в организме восстанавливаются запасы креатин фосфата.

4. Тренированность организма

Чем тренированнее человек, тем выше способность организма к окислительному метаболизму (меньше гликогена превращается в лактозу) и тем экономичнее расходуются запасы энергии. То есть, тренированный человек выполняет какое-либо упражнение с меньшим расходом энергии, чем нетренированный.

Чем выше уровень гликогена в организме перед началом тренировки, тем позднее настанет утомление. Чтобы повысить запасы гликогена, необходимо увеличить потребление пищи, богатой углеводами. Специалисты в области спортивного питания рекомендуют придерживаться таких диет, в которых до 70% энергетической ценности составляли бы углеводы.

Рекомендуемая спортсменам пища, богатая углеводами:

паста (макаронные изделия)

Спортсмены должны съедать в день не менее 500 г углеводов. Ниже, в таблице приведено примерное содержание углеводов в различных видах пищи:

Пища — Содержание углеводов (г)

Большая порция спагетти — 90

Большая порция риса — 60

Большая порция картофеля в мундире — 45

Банка бобов — 45

Два куска белого хлеба — 30

500 мл молока — 30

Из приведенной таблицы видно, что чтобы получить 500 г углеводов, съесть придется довольно много всего, поэтому многие спортсмены предпочитают употреблять специализированные углеводные добавки (глюкозу, спортивные напитки с углеводами).

Источник

Источники энергии во время бега: что необходимо знать, чтобы улучшить свои результаты

Для обеспечения организма энергией и других важных процессов, необходимых для поддержания нормальной клеточной активности, бегунам, как и всем людям, требуются белки, жиры и углеводы. С помощью химических реакций они преобразовываются в определенную форму энергии, которую мышцы используют для работы.

Во время бега основными источниками топлива, используемыми для получения энергии, являются углеводы и жиры, на белок же приходится лишь небольшая часть производимой энергии 1 .

Преобразование углеводов в энергию

Углеводы являются ключевым элементом в питании бегуна, 1г углеводов обеспечивает 4 ккал; этого достаточно, что пробежать 64м 2 . Таким образом, банан, который содержит 25г углеводов — при преобразовании его в энергию — позволит преодолеть 1600м.

Существует три типа углеводов: моносахариды, дисахариды и полисахариды 3 .

Моносахариды это простые углеводы, которые включают в себя от 3 до 7 атомов углерода. Существуют десятки видов моносахаридов – фруктоза, галактоза, манноза, рибоза, ксилоза — но наиболее важным из них для бегунов является глюкоза, или сахар в крови.

Глюкоза играет главную роль в клеточном дыхании и обеспечении энергией мышечных тканей. При ее расщеплении происходит образование аденозинтрифосфата (АТФ), формы химической энергии, которая необходима для всех процессов, которые протекают в организме.

В каком бы виде углеводы не поступали в организм с пищей, перед абсорбцией они должны обязательно превращаться в моносахариды.

Дисахариды представляют собой две соединенные вместе молекулы сахара. Столовый сахар, или сахароза, является наиболее распространенным дисахаридом в рационе бегунов и состоит двух моносахаридов: глюкозы и фруктозы, которую иногда называют фруктовым сахаром, так как она присутствует практически во всех фруктах.

Используя сахарозу, бегуны могут обеспечить некоторую часть своих энергетических потребностей в течение дня. Следующее исследование показало, что от 10 до 20 процентов ежедневного потребления калорий элитными кенийскими бегунами приходится на столовый сахар 4 .

Полисахариды состоят из трех и более моносахаридов, которые при попадании в пищеварительную систему расщепляются до моносахаридов (чаще всего глюкозы), и могут быть немедленно использованы для производства энергии. Наиболее ценными формами полисахаридов для бегунов, ориентированных на развитие выносливости, являются крахмал, клетчатка (целлюлоза) и гликоген.

Крахмал поступает в организм в наибольших количествах. Он содержится в картошке (около 20%), в хлебе (50-55%), мучных изделиях и крупах (60-80%), и является важным источником углеводов в ежедневном рационе бегуна.

Поступление в организм клетчатки способствует формированию микрофлоры кишечника. Кроме того, употребление продуктов, содержащих клетчатку, помогает вывести избыток холестерола из организма.

Очень полезен прием повышенного количества клетчатки (в виде овощей, хлеба из муки грубого помола или с отрубями) тем бегунам, которые хотят похудеть, так как эти продукты обладают низкой калорийностью и создают ощущение сытости.

Гликоген обеспечивает большую часть энергии, необходимой бегунам для достижения максимальной скорости при нагрузках продолжительностью от 2 до 180 минут. Истощение запасов гликогена тесно связано с сильным ощущением усталости; также было установлено, что это является одним из условий, необходимых чтобы стимулировать мышцы адаптироваться к проводимым тренировкам. Основные запасы гликогена сосредоточены в печени (от 5-6% от массы печени) и в мышцах (от 2-3% от массы).

Глюкоза и гликоген выполняют важную энергетическую функцию и являются главными источниками энергии для всех клеток организма. По этой причине синтез и повышение запасов гликогена являются процессами, которые бегуны должны обязательно учитывать в свой подготовке, ведь чем больше гликогена хранится в мышцах и печени, тем дольше спортсмен поддерживать заданный темп бега.

По мере увеличение скорости возрастает роль углеводов в производстве энергии. Это в первую очередь связано с тем, что при достаточно высоких скоростях задействуется больше быстросокращающихся мышечных волокон, которые обладают плохой способностью окислять жиры. Второй фактор — повышение уровня адреналина, что увеличивает скорость расщепления гликогена в мышцах и стимулирует углеводный метаболизм в целом. Это приводит к тому, что во время бега с высокой интенсивностью адреналин может косвенно блокировать доступ жира в качестве субстрата для выработки энергии 5 . В результате этого, поддержание соревновательного темпа на 10 км и выше практически полностью зависит от углеводов как источника топлива.

Прием углеводов во время бега. Еще в 30-ые годы прошлого столетия стало известно, что употребление углеводных напитков в процессе мышечной работы может способствовать повышению выносливости при продолжительных физических нагрузках за счет сохранения запасов мышечного гликогена.

Более поздними исследованиями установлено, что прием спортивного напитка, содержащего углеводы, в течение длительного бега приводит к следующим положительным эффектам:

• Повышает уровень глюкозы в крови и увеличивает скорость, с которой углеводы поставляют энергию, необходимую для бега, особенно на поздних этапах тренировки или соревнований 6,7 ;
• Сохраняет запасы гликогена в печени; это полезно, так как печень может затем высвободить больше глюкозы в кровь во время длительных нагрузок 8 ;
• Увеличивает поглощение глюкозы мышцами 9 ;
• Замедляет скорость разрушения мышечного гликогена, тем самым сохраняя запасы гликогена для поддержания заданного темпа на длинных дистанциях 10,11 .

Преобразование жиров в энергию

Жиры (другое название липиды), как и углеводы, содержат углерод, кислород и водород, однако в жирах соотношение количества атомов водорода к атомам кислорода намного выше. Липиды способны обеспечить вдвое больше энергии, чем эквивалентное количество углеводов: 1 грамм жира дает девять ккал энергии, что достаточно, чтобы пробежать 0,15км 12 .

Жиры выполняют следующие важные функции в организме:

• предохраняют от охлаждения и механических повреждений жизненно важные органы;
• служат поставщиками в организм жирорастворимых витаминов А, D, E, K;
• являются важным структурным компонентом мембран.

Жирные кислоты представляют собой основной тип липидов, используемый мышечными клетками для создания энергии, необходимой для бега. Эти вещества хранятся в мышцах, жировых клетках и других тканях в виде триглицеридов, которые состоят из трех молекул жирных кислот и одной молекулы глицерина, связанных вместе. Более 95% жира в организме приходится на долю триглицеридов.

Липиды и углеводы являются основными питательными веществами, которые обеспечивают энергетику мышечных сокращений. Мышечные клетки не способны непосредственно окислять жиры, для этого они быть подвержены расщеплению до жирных кислот и глицерола. Этот процесс называется липолизом.

При окислении одних лишь липидов максимальная скорость образования АТФ составляет около 1 ммоль*с-1*кг-1смт, что эквивалентно интенсивности бега при 50-60% МПК (VO2max).

Жиры составляют большую часть энергетического запаса в организме человека, но, к сожалению, они проявляют низкую скорость окисления по отношению к скорости окисления мышечного гликогена. Тем не менее, с их помощью возможно обеспечить все потребности в энергии при длительной мышечной работе низкой интенсивности (на уровне менее 40% МПК).

В отличии от гликогена, запасы которого в организме ограничены, жир в этом смысле представляет собой надежный и долгосрочный источник топлива. Даже худой бегун весом 54 кг, который имеет всего 4% жира (соответственно 2,2 кг жировой массы), способен пробежать почти 274 км, используя лишь жир в качестве источника энергии, тогда как полагаясь исключительно на запасы углеводов, он сможет преодолеть 29-32 км.

Это означает, что бегуны на выносливость должны питаться и тренироваться таким образом, чтобы в конечном итоге производить меньше энергии из углеводов и стимулировать большее потребление жиров в качестве топлива во время бега.

Научно доказано, что запасы жиров в мышцах тренированных людей используются более эффективно, при этом он могут окисляться при более интенсивных физических нагрузках.

Преобразование белков в энергию

По своему строению белки представляют собой высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот. Помимо углерода, кислорода и водорода, белки включают в себя дополнительный элемент – азот, также в состав двух аминокислот входит сера.

Для нормального функционирования организму необходимо по крайней мере 20 типов аминокислот, некоторые из них не синтезируются в организме человека и поэтому должны обязательно присутствовать в пище.

Как и в случае с углеводами, 1 г белка содержит 4 ккал энергии.

Белки могут обеспечить энергию для бега двумя способами. В первом случае, аминокислота, называемая аланином, преобразуется в печени в глюкозу, которая через кровь попадает в мышцы, где используется для немедленного производства энергии или создания гликогена. Во-вторых, многие аминокислоты могут превращаться внутри мышечных клеток в соединения, называемые метаболическими интермедиатами, которые затем могут быть непосредственно расщеплены с образованием АТФ 13 .

Если беговая тренировка или соревнование длится менее часа, белки, как правило, обеспечивают от 2 до 6 процентов от общих энергозатрат. При более продолжительных нагрузках на белки может приходиться от 5 до 15 процентов производимой энергии в последние минуты работы 14 .

1. Metabolism of substrates: energy substrate metabolism during exercise and as modified by training (www.ncbi.nlm.nih.gov)
2. McMurray, W. Essentials of human metabolism. New York: Harper & Row, 1977.
3. McArdle, W. et al. Exercise physiology: Energy, nutrition, and human performance. Baltimore: Williams & Wilkins, 1996.
4. Food and Macronutrient Intake of Elite Kenyan Distance Runners (https://www.researchgate.net/publication/40708732_Food_and_Macronutrient_Intake_of_Elite_Kenyan_Distance_Runners)
5. Lipid metabolism during exercise. In Exercise Metabo- lism, M. Hargreaves and L. Spriet, eds. Champaign, IL: Human Kinetics, 1995, pp. 99-130.
6. Coyle, E. et al. Muscle glycogen utilization during prolonged strenuous exercise when fed carbohydrate. Journal of Applied Physiology, Vol. 61, pp. 165-172, 1986
7. Coggan, A. and Coyle, E. Reversal of fatigue during prolonged exercise by carbohydrate infusion or ingestion. Journal of Applied Physiology, Vol. 63, pp. 2388-2395, 1987.
8. Bosch, A. et al. Influence of carbohydrate ingestion on fuel substrate turnover and oxidation during prolonged exercise. Journal of Applied Physiology, Vol. 76, pp. 2364- 2372, 1994.
9. McConell, G. et al. Effect of carbohydrate ingestion on glucose kinetics during exercise. Journal of Applied Physiology, Vol. 77, pp. 1537-1541, 1994.
10. Tsintzas, O. et al. Carbohydrate ingestion and single muscle fibre glycogen metabolism during prolonged running in men. Journal of Applied Physiology, Vol. 81, pp. 801-809, 1996.
11. Tsintzas, O. et al. Influence of carbohydrate supplemen- tation early in exercise on endurance running capacity. Medicine & Science in Sports & Exercise, Vol. 28, pp. 1373- 1379, 1996.
12. Stanley, W. and Connett, R. Regulation of muscle car- bohydrate metabolism during exercise. FASEB Journal, Vol. 5, pp. 2155-2159, 1991.
13. Voet, D. and Voet, J. Biochemistry. Menlo Park: Benjamin- Cummings, 1996
14. Amino Acid Metabolism During Exercise and Following Endurance Training link.springer.com

1. «Running Science»/Owen Anderson, PhD, Human Kinetics 2013
2. «Биохимия мышечной деятельности и физической тренировки», Рон Мохан, Майкл Глессон, Пауль Л.Гринхафф, Киев 2001
3. «Биохимия» Учебное пособие, В.Н. Черемисов, Москва 2009

Источник