ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИТЕМЫ ОРГАНИЗМА

Всем растениям и животным требуется энергия. Человек получает энергию из пищи, которую потребляет. Независимо от того, едим ли мы самые свежие фрукты и овощи или уплетаем картофель по-французски и бифштекс по-гамбургски, каждый кусочек пищи обеспечивает наш организм необходимой энергией.

Без рассмотрения некоторых основных понятий энергии нельзя понять суть физиологии мышечной деятельности. В предыдущих главах мы узнали, что за движение нужно "платить". Мы "платим" АТФ — формой химической энергии, содержащейся в клетках нашего организма.

АТФ образуется в результате процессов, имеющих собирательное название — метаболизм.

В 1978 г. Том Ослер, всемирно известный бегун на марафонские и сверхмарафонские дистанции, пришел в Лабораторию по исследованию мышечной деятельности человека (университет Болл), чтобы подвергнуться исследованиям во время его попыток непрерывно бежать и идти в течение 72 ч.

Проведенные измерения показали, что в первые часы выполнения работы мышцы спортсмена в качестве источника энергии использовали в основном углеводы. Затем они стали все больше и больше использовать жиры. Наконец, в последние 24 ч исследования почти всю энергию для мышечной деятельности обеспечивали жиры, несмотря на то, что спортсмен постоянно пил молоко с сахаром и ел праздничный пирог, размеры которого были 18x21 дюйм.

Несмотря на то, что в первые 24 ч Том потребил пищу, энергетическая ценность которой превысила 9 000 ккал, он вынужден был прекратить свою попытку на 70-м часу, пробежав 200 миль, в состоянии изнеможения и истощения запасов энергии.

Многие словари определяют понятие "энергия" как способность выполнять работу, однако такое определение не дает информации о многих биологических функциях, зависящих от образования и освобождения энергии.

Существуют различные формы энергии:

• химическая;

• электрическая;

• электромагнитная;

• тепловая;

• механическая;

• ядерная.

Согласно законам термодинамики, все формы энергии взаимозаменяемы. Химическая энергия, например, может быть использована для образования электрической энергии в батарее, которая затем может использоваться для выполнения механической работы путем обеспечения питанием электродвигателя.

Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Она переходит из одной формы в другую и в конечном итоге превращается в тепло. Примерно 60-70 % всей энергии в организме человека превращается в тепло.

Остальное количество используется для выполнения механической работы и осуществления клеточной деятельности.

ЭНЕРГИЯ ДЛЯ КЛЕТОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Употребляя в пищу овощи и фрукты, а также мясо животных, которые питаются растениями, мы получаем энергию.

Энергия содержится в пищевых продуктах в виде углеводов, жиров и белков. Эти основные компоненты пищевых продуктов расщепляются в клетках нашего организма, освобождая энергию.

Поскольку энергия постепенно превращается в тепло, ее количество, высвобождаемое в результате биологических реакций, определяется по количеству образованного тепла.

В биологических системах энергия измеряется в килокалориях (ккал). Согласно определению, 1 ккал, при полном сгорании 1 г углеводов и белков выделяется 4,0 ккал, при полном сгорании 1 г жиров выделяется 9,0 ккал,

Некоторое количество свободной энергии в клетках используется для развития и "ремонта" нашего организма. Такие процессы, как мы уже знаем, направлены на развитие мышечной массы под влияние тренировочных нагрузок и восстановление мышц после физических нагрузок или травм. Энергия также необходима для активного транспорта множества веществ, таких, как глюкоза и Са2+ через клеточные мембраны. Активный транспорт необходим для функционирования клеток и поддержания гомеостаза. Определенное количество энергии используют миофибриллы для обеспечения скольжения филаментов актина и миозина, в результате которого производятся мышечное сокращение и сила.

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Продукты питания состоят, в основном, из углерода, водорода, кислорода, а при наличии белков — из азота.

Энергия молекулярных связей продуктов питания химически освобождается в клетках организма и хранится в виде высокоэнергетического соединения — аденозинтрифосфата (АТФ).

Образование АТФ позволяет клеткам сохранять энергию в этом высокоэнергетическом соединении

В покое энергия, необходимая нашему организму, обеспечивается за счет расщепления практически одинакового количества углеводов и жиров.

Белки представляют собой "строительные блоки" и обычно обеспечивают функционирование клеток небольшим количеством энергии.

При увеличении мышечного усилия в качестве источника энергии больше используются углеводы. При максимальной кратковременной нагрузке АТФ почти исключительно образуется за счет углеводов.

Углеводы

Зависимость мышц от углеводов во время физической нагрузки связана с их наличием, а также способностью мышечной системы их расщеплять.

Содержание углеводов в печени и скелетных мышцах ограничено; их достаточно для образования не более 2 000 ккал энергии. Это количество расходуется на то, чтобы пробежать32 км(20 миль). Запасы жиров достаточны для образования более 70 000 ккал энергии

Углеводы в конечном итоге превращаются в глюкозу — моносахарид, который транспортируется кровью ко всем тканям организма. В состоянии покоя поглощенные углеводы попадают в мышцы и печень, а затем преобразуются в более сложную молекулу сахара — гликоген.

Гликоген находится в цитоплазме клетки до тех пор, пока клетки не используют его для образования АТФ. Гликоген, содержащийся в печени, может снова превращаться в глюкозу, она транспортируется кровью к активным тканям, где и происходит ее метаболизм (расщепление).

Содержание гликогена в печени и мышцах ограничено, и его запасы могут истощиться, если в рационе питания нет достаточного количества углеводов. Таким образом, восполнение запаса углеводов во многом зависит от пищевых источников крахмалов и Сахаров. Без достаточного потребления углеводов мышцы и печень лишаются своего основного источника энергии.

Белки

Процесс превращения белков или жиров в глюкозу называется глюконеогенезом. В результате серии реакций белок может превратиться в жирные кислоты. Это — липогенез. Белки обеспечивают 5-10 % энергии, необходимой для выполнения продолжительного физического упражнения. Для образования энергии используются лишь основные единицы белка — аминокислоты.