Вопрос. Кислородные режимы в покое и при работе
Для поддержания жизни организму нужна энергия. Энергия Солнца аккумулируется в потенциальной форме в составе растительных и животных белков, жиров и, особенно, углеводов, поступает с пищей в организм человека (ЖКТ-кровь-клетки) и в митохондриях клеток превращается в универсальную форму – энергию химических связей АТФ («энергетическая валюта организма»). Содержание АТФ незначительно и генетически обусловлено (0,2-0,4% на 100 г мышцы – на 1 тетаническое сокращение). При гиподинамии снижается, при гипертрофии в % не меняется, но общее количество растет. При истощении – контрактура мышцы.
Уровень АТФ не изменяется в любых условиях, так как ее распад моментально сопровождается восстановлением (ресинтезом).
Различают 2 варианта энгергопродукции (или ресинтеза АТФ):
I) анаэробный ресинтез АТФ (при недостатке О2) – 3 пути:
1) креатинфосфокиназная реакция – распад КрФ на миофибриллах. Это самая мощная и эффективная система энергообеспечения мышц (2-4с, кпд 70-80%), но с наименьшей емкостью (6-12 с).
2) анаэробный гликолиз или гликогенолиз – в цитозоле – распад глюкозы или гликогена до молочной кислоты. В первую очередь используются внутримышечные запасы гликогена, затем приносимая с кровью глюкоза. Большая мощность, подвижность (максимум на 20-40 – 90 с), хватает на 90 с работы. Недостаток – накопление молочной кислоты, ацидоз.
3) миокиназная (аварийная) реакция – 2 АДФ-1 АТФ +АМФ.
II) основной путь – аэробныйресинтез АТФ - окислительное (дыхательное) фосфорилирование в митохондриях - более инертный процесс, развертывание которого связано с диффузией и транспортом кислорода. Максимальная скорость этого процесса происходит через 90-120с и более (до 5 минут) от начала работы. Но высокая эффективность (1 молекула глюкозы - ресинтез 38 молекул АТФ). Благодаря возможности использования различных энергетических субстратов (углеводов, липидов, продуктов дезаминирования аминокислот), аэробный путь ресинтеза АТФ обладает неограниченной емкостью. Образующиеся в этих условиях конечные продукты не влияют на внутреннюю среду организма, что позволяет выполнять продолжительную мышечную деятельность умеренной интенсивности.
Таким образом, мышц имеют и аэробный, и анаэробный (резервный) варианты энергообеспечения, а мозг, миокард – только аэробный.
Длякаждого функционального состояния человека характерен свойкислородный режим.
Кислородный режим организма – это соотношение между кислородным запросом и потреблением кислорода в конкретных условиях жизни.
При минимальном уровне обмена (основном обмене) - полный баланс между запросом и потреблением. Потребление кислорода равно 200-250 мл·мин-1. В покое кислородный режим характеризуется кислородным запросом и потреблением, при работе - кислородным запросом, потреблением и кислородным долгом.
1.Кислородный запрос- это количество кислорода (в л), необходимое организму. Различают общий (дистанционный) и минутный кислородный запрос. В зависимости от характера работы соотношение между величиной общего и минутного кислородного запроса может быть разным (пример в зоне мощности). Общий зависит от длительности работы, а минутный – от мощности.
2.Кислородное потребление – количество кислорода (в л), фактически потребляемое в минуту. Дистанционное и минутное (пример в зоне мощности).
3.Кислородный долг – количество кислорода, которое потребляет организм после работы сверх уровня потребления в покое. Суммарный (в л) и в % от запроса. Долг возникает во время работы, если запрос О2 больше потребления О2. Кислородный долг расходуется наокисление продуктов анаэробного обмена до конечных (СО2 и Н2О).
Фракции кислородного долга:
1)алактатная – быстрая - 3-30 мин. после работы;
2)лактатная – медленная - 30 мин. – 3 часа – после работы;
3)сверхмедленная – до суток (биосинтез белков, жиров, углеводов).
Как происходит мобилизация путей ресинтеза АТФ?
Запасы кислорода в организме невелики (около 2,5л): в альвеолярном воздухе (0,3л), в связи с гемоглобином крови (0,9л), в плазме крови (0,3л), в связи с жирами (0,3л) и миоглобином (0,3л). При мышечной деятельности с быстрым повышением энергетического обмена кислородный запрос возрастает (рис). Полного удовлетворения его в начале работы не происходит в связи с инертностью развертывания систем жизнеобеспечения (кровообращения, дыхания и крови) из-за особенностей регуляции вегетативной нервной системы. (Ее безмякотные нервные волокна и химическая передача возбуждения в синапсах экстра - и интрамуральных ганглиев медленно проводят возбуждение к заинтересованным органам. Еще одним фактором в процессе медленного проведения возбуждения является наличие в стенках кровеносных сосудов гладких мышечных волокон, торпидно развертывающих сократительный процесс и перераспределительные реакции крови. Необходимо также время для установления эффективной альвеолярной вентиляции. Дефицит в доставке кислорода в начале работы обусловливает повышение кислородного запроса в десятки раз. В результате - «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки», ликвидирующееся после окончания работы.)
Таким образом, при выполнении любого упражнения участвуют все 3 энергетические системы,но поскольку скорость их развертывания (и мощность, емкость, кпд) различны, то соотношение аэробного и анаэробного механизмов энергообеспечения, а, следовательно, и кислородные режимы в упражнения разной мощности и длительности неодинаковы (см. названия по Волкову в зонах мощности).
Любая физическая работа включает анаэробную и аэробную фазы энергетического обеспечения жизнедеятельности. Они являются результатом длительной эволюции живых организмов и входят в наследственную программу в виде материальных биохимических процессов.