Меню

Запас кислорода в мышцах

Запас кислорода в мышцах

Запас АТФ в клетках весьма невелик. Обычно организм восполняет этот запас по мере того, как он расходуется, однако при резком переходе от покоя к усиленной мышечной работе требуется некоторое время для того, чтобы приспособиться к этому новому состоянию. Существуют механизмы, способные поставлять мышцам необходимое количество энергии до тех пор, пока в достаточной мере не возрастет интенсивность аэробного дыхания. Один из таких механизмов — анаэробное дыхание. Важно понимать, что анаэробное дыхание служит дополнением к аэробному, а не его альтернативой.

График на рисунке показывает, как изменяется поглощение кислорода во время мышечной нагрузки и сразу же после ее прекращения. Для того чтобы удовлетворить потребность в энергии за счет аэробного дыхания, организму необходимо потреблять 3 л кислорода в минуту. В данном примере это может быть достигнуто только к шестой минуте от начала мышечной работы. Кислородная задолженность (количество кислорода, которое требовалось, но не было получено организмом извне, за счет дыхания) представлена на графике зоной А. В эти первые шесть минут действуют различные описанные ниже механизмы, способные обеспечить получение необходимого количества энергии.

Поглощение кислорода во время мышечной нагрузки и в период восстановления.

Запас кислорода

В организме имеются некоторые резервы, из которых можно черпать кислород. Больше, чем обычно, можно извлекать кислорода из легких, из жидкостей тела и из гемоглобина. В мышцах для запасания кислорода служит белок миогло-бин. Он очень близок по своей природе к гемоглобину и так же, как гемоглобин, способен обратимо соединяться с кислородом. Однако он высвобождает кислород лишь тогда, когда уровень кислорода оказывается очень низким, т. е. после того, как большую часть кислорода отдаст гемоглобин. Поэтому кислород, запасенный в миоглобине, используется лишь в случае самой крайней необходимости.

Система фосфокреатина

Содержащегося в мышцах АТФ может хватить при максимальной мышечной нагрузке не более, чем примерно на три секунды. Фосфокреатин — это еще одно вещество, из которого при отщеплении его фосфатной группы высвобождается энергия. Этой энергии достаточно для синтеза АТФ из АДФ и Фн. Запас фосфокреатина в мышцах в 2—4 раза превышает запас АТФ, и при необходимости энергия из фосфокреатина может быть быстро передана АТФ. Общего запаса энергии в АТФ и фосфокреатине достаточно, чтобы поддерживать максимальную мышечную нагрузку в течение 8—10 с.

Источник

Запас кислорода в мышцах

Аэробная система представляет собой окисление питательных веществ в митохондриях для получения энергии. Это значит, что глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты пищевых веществ, как показано слева на рисунке, после некоторой промежуточной обработки соединяются с кислородом, высвобождая громадное количество энергии, которая используется для превращения АМФ и АДФ в АТФ.

Сравнение аэробного механизма получения энергии с системой гликоген-молочная кислота и фосфагенной системой по относительной максимальной скорости генерации мощности, выраженной в молях АТФ, образующихся в минуту, дает следующий результат.

Таким образом, можно легко понять, что фосфагенную систему используют мышцы для всплесков мощности длительностью в несколько секунд, но аэробная система необходима для длительной спортивной активности. Между ними располагается система гликоген-молочная кислота, которая особенно важна для обеспечения дополнительной мощности во время промежуточных по длительности нагрузок (например, забеги на 200 и 800 м).

Какие энергетические системы используются в разных видах спорта? Зная силу физической активности и ее длительность для разных видов спорта, легко понять, какая из энергетических систем используется для каждого из них.

Восстановление мышечных метаболических систем после физической деятельности. Подобно тому, как энергия фосфокреатина может использоваться для восстановления АТФ, энергия системы гликоген-молочная кислота может использоваться для восстановления и фосфокреатина, и АТФ. Энергия окислительного метаболизма может восстанавливать все другие системы, АТФ, фосфокреатин и систему гликоген-молочная кислота.

Читайте также:  Вибрация мышц бедра причины

Восстановление молочной кислоты означает просто удаление ее избытка, накопленного во всех жидкостях тела. Это особенно важно, поскольку молочная кислота вызывает чрезвычайное утомление. При наличии достаточного количества энергии, генерируемой окислительным метаболизмом, удаление молочной кислоты осуществляется двумя путями: (1) небольшая часть молочной кислоты снова превращается в пировиноградную кислоту и затем подвергается окислительному метаболизму в тканях организма; (2) остальная часть молочной кислоты вновь превращается в глюкозу, главным образом в печени. Глюкоза, в свою очередь, используется для восполнения запаса гликогена в мышцах.

Восстановление аэробной системы после физической активности. Даже на ранних стадиях тяжелой физической работы способность человека к синтезу энергии аэробным путем частично снижается. Это связано с двумя эффектами: (1) так называемым кислородным долгом; (2) истощением запасов гликогена в мышцах.

Кислородный долг. В норме тело содержит примерно 2 л находящегося в запасе кислорода, который может быть использован для аэробного метаболизма даже без вдыхания новых порций кислорода. В этот запас кислорода входят: (1) 0,5 л, находящиеся в воздухе легких; (2) 0,25 л, растворенные в жидкостях тела; (3) 1 л, связанный с гемоглобином крови; (4) 0,3 л, которые хранятся в самих мышечных волокнах, в основном в соединении с миоглобином — веществом, которое похоже на гемоглобин и подобно ему связывает кислород.

При тяжелой физической работе почти весь запас кислорода используется для аэробного метаболизма в течение примерно 1 мин. Затем после окончания физической нагрузки этот запас должен быть возмещен за счет вдыхания дополнительного количества кислорода по сравнению с потребностями в покое. Кроме того, около 9 л кислорода должны быть израсходованы на восстановление фосфагенной системы и молочной кислоты. Дополнительный кислород, который должен быть возмещен, называют кислородным долгом (около 11,5 л).

Рисунок иллюстрирует принцип кислородного долга. В течение первых 4 мин человек выполняет тяжелую физическую работу, и скорость потребления кислорода возрастает более чем в 15 раз. Затем после окончания физической работы потребление кислорода все еще остается выше нормы, причем сначала — значительно выше, пока восстанавливается фосфагенная система и возмещается запас кислорода как часть кислородного долга, а в течение следующих 40 мин более медленно удаляется молочная кислота. Раннюю часть кислородного долга, количество которого составляет 3,5 л, называют алактацидным кислородным долгом (не связанным с молочной кислотой). Позднюю часть долга, составляющую примерно 8 л кислорода, называют лактацидным кислородным долгом (связанным с удалением молочной кислоты).

Источник

Кислородное обеспечение работающих мышц.

На кислородное снабжение мышц (и соответственно «качество» работы в аэробном режиме) непосредственно влияет концентрация продуктов метаболизма (молочной кислоты, углекислоты). Выделяемые клетками продукты обмена изменяют рН крови и действуют на расположенные в стенках кровеносных сосудов хеморецепторы – структуры, реагирующие на химический состав крови и связанные с центральной нервной системой (ЦНС). Увеличение концентрации молочной кислоты в крови (а значит снижение ее рН или закисление) ведет к усилению активности дыхательного центра.

Скорость доставки кислорода к мышечным волокнам считается одним из главных факторов работоспособности.Кислород из вдыхаемого воздуха диффундирует в кровь через стенки легочных альвеол и кровеносных капилляров, большая его часть связывается с гемоглобином (Hb) эритроцитов и он превращается в оксигемоглобин (Hb(O2)4), рис. 8.

Рис. 8. Структура гемоглобина и миоглобина.

При температуре 0° и давлении 760 мм рт. ст. 100граммов гемоглобина, в среднем, могут связать134млО2(кислорода – кто забыл). В крови взрослого человека содержится около14 – 16граммов гемоглобина. При полном насыщении гемоглобина кислородомкислородная емкость крови– общее количество связанного ею кислорода, достигает2122млО2на100мл крови (не слабо, это больше20процентов объема!)

Читайте также:  Бицепсы трицепсы и все мышцы

Чем ниже температура и выше рН (– смещен в щелочную сторону), тем больше кислорода связывается с гемоглобином. Подщелачиванию крови и насыщению гемоглобина кислородом способствует отщепление СО2(углекислого газа или тривиально – угарного) от гемоглобина крови в выдыхаемый воздух. Всего в молекуле гемоглобина – 4 гема, рис. 8, соответственно, максимум может быть связано4молекулыО2, и от первой до четветой каждое последующее присоединение происходит легче.

Обогащенная кислородом кровь поступает в большой круг кровообращения. Во время мышечной работы объем перекачиваемой крови возрастает до 30 – 40 литров в минуту, соответственно, количество кислорода, переносимого кровью, увеличивается (5 – 6 л/мин).

С ростом концентрации СО2 и кислотных продуктов обмена, с местным повышением температуры (в микро капиллярах работающей мышечной ткани) распад оксигемоглобина ускоряется и свободный кислород диффундирует (из тканевых капилляров) по градиенту концентрации в клетки. В мышечной ткани, на клеточном уровне, кислородный обмен осуществляется при участиимиоглобина,рис. 8. Он доставляет кислород к митохондриям и кроме транспортной функции миоглобин еще выполняет функцию кислородного «депо». Он имеет большее, чем гемоглобин, сродство к кислороду, что обеспечивает эффективное кислородное снабжение работающих мышц.

Использование энергетических ресурсов и потребление кислорода при мышечной работе. Кислородный долг,запрос,приход,дефицит.

Мышечная деятельность ведет к расходу, и, одновременно с началом, к усилению мобилизации энергетических ресурсов организма. (Генетически этот «срочный призыв» энергетических веществ организма «на службу» закреплен в расчете на длительное ведение «военных действий», например, по захвату энерго- и строй-ресурсов из внешней среды, типа – охота на оленя, и, соответственно, направлен на обеспечение выживания организма, а не на установление спортивных рекордов).

За первые секунды работы (режим креатинфосфокиназной реакции)запасы креатинфосфата быстро уменьшаются, при этом образующаяся АМФ активирует анаэробный распад мышечного гликогена(гликолиз). При исчерпании запаса гликогена мышц начинает использоваться гликоген печени, расщепление которого стимулируется гормонами адреналином и глюкагоном. Обычно углеводные запасы организма на работу мышц полностью не расходуются.

При длительной работе (а это уже аэробный режим) мышцы обеспечиваются энергией в основном за счет распада жиров – липолиза (под действием липаз, в быту успешно отмывающих сковородки от жира). Липолиз в организме активируется адреналином и гормоном гипофиза соматотропином, в результате образуются и выделяются в кровь такие продукты обмена как жирные кислоты и кетоновые тела. Из крови в мышцы переносится и там окисляется в процессе работы большое количество кетоновых тел и свободных жирных кислот. При длительной работе, в печени, в основном, протекает глюконеогенез, стимулируемый гормоном надпочечников кортизолом (вспомним, что это процесс синтеза – новообразования углеводов из веществ неуглеводной природы).

Потребность мышц в кислороде с началом интенсивной работы возрастает во много раз, и, разумеется, не может быть удовлетворена сразу или «в кратчайший срок». На активизацию работы вегетативной системы и систем энергообеспечения, особенно инерционной макро системы кислородного снабжения, требуется время. При равномерной физической нагрузке (с ЧСС не превышающей 150 уд/мин) скорость потребления О2возрастает до тех пор, пока не наступитустойчивое состояние, при котором потребление О2 в каждый данный момент времени точно соответствует потребности организма в нем. Такое состояние называется истинным.

При интенсивной работе (с ЧСС 150 – 180 уд/мин) устойчивое состояние не устанавливается и потребление О2может возрастать до конца работы. Когда исчерпываются возможности сердечнососудистой системы по доставке кислорода к тканям наблюдается «ложное устойчивое состояние», просто поддерживается некоторый максимальный уровень потребления кислорода. Такой «ложно устойчивый» максимальный уровень потребления О2 при длительной работе снижается с возрастанием утомления.

Количество кислорода, которое необходимо организму, чтобы за счет аэробных процессов полностью удовлетворить энергетические потребности, называется кислородным запросом работы.Реальное потребление кислорода при интенсивной (мощной) работе этокислородный приход, он составляет только часть кислородного запроса. Разность между кислородным запросом работы и реально потребляемым кислородом –кислородный дефициторганизма. (Предположим, на выполнение упражнения штангисту требуется количество кислородаКзапрос, а за пару секунд «рывка» или «жима» он успел вдохнуть кислорода – почти ничего –Кприход, отсюда большойКдефицит=Кзапрос– Кприход. В отличие от штангиста хоккеист за несколько минут на льду успевает подышать, хоть и учащенно, что дает емуКприход. Он частично обеспечивает себеКзапрос, но разностьКдефицитвсе равно остается).

Читайте также:  Диспорт в круговую мышцу рта

В ходе интенсивной работы кислородный дефицит вызывает в организме накопление метаболитов – недоокисленных продуктов анаэробного распада. В случае установления истинного устойчивого состояния часть этих метаболитов утилизируется в процессах аэробного окисления, оставшаяся часть – доокисляется после окончания мышечной работы. В случае неустойчивого или ложного устойчивого состояния недоокисленные продукты накапливаются по ходу работы (конечно, они не способствуют спортивному успеху, а вызывают усталость, или чего похуже). Полностью накопившиеся продукты распада могут быть устранены уже только в восстановительном периоде. При этом устранение может идти по двум направлениям: полное окисление до конечных продуктов (например до СО2иH2O)или ресинтез в исходные вещества. В обоих случаях для реакций по утилизации необходимо дополнительное количество кислорода, поэтому после окончания работы реальное потребление кислорода в течение некоторого времени остается повышенным по сравнению с уровнем покоя. Такой восстановительный излишек кислородного потребления называют кислородный долг – Кдолг. Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита, разность между ними зависит (почти прямо пропорционально) от интенсивности и продолжительности работы. (Тогда для штангиста Кдолг >>>Кдефицит, а для хоккеиста Кдолг>Кдефицит).

Во время отдыха за счет кислородного долга окисляются продукты энергетического обмена и восстанавливаются запасы миоглобинового и гемоглобинового депо. Повышенное потребление кислорода сохраняется в течение некоторого времени отдыха в связи с разобщением во время утомления процессов окисления и синтеза АТФ. Это разобщение наблюдается даже некоторое время после окончания интенсивной работы.

Формирование кислородного долга зависит от режима мышечной деятельности. В случае кратковременных упражнений большая часть накапливающегося кислородного долга обусловлена необходимостью ресинтеза КрФ и АТФ (пример штангиста). При работе в гликолитическом режиме накопившийся О2-долг расходуется на ресинтез гликогена (пример хоккеиста). Восстановление равновесия внутренней среды (ионный баланс и другие процессы) также требует добавочного количества кислорода, соответственно, вносит вклад в кислородный долг.

После работы, в которой достигалось устойчивое состояние, снижение потребления кислорода происходит довольно быстро: О2-долг наполовину оплачивается за 27 – 30 с, полностью – за 3 – 5 мин (хватает и штангисту до следующей попытки, и хоккеисту до следующей смены состава). При интенсивной работе (особенно, в случае «ложного равновесия») на графике потребления О2(в период восстановления) отмечаются две фазы. Сначала наблюдается быстрый спад – первая фаза, затем – более медленный затяжной процесс возвращения к уровню покоя – вторая фаза. Первая фаза – быстрый компонент О2-долга (алактатный) отражает долю креатинфосфокиназной реакции в энергетическом обеспечении работы; вторая фаза – медленный компонент кислородного долга (лактатный), при непродолжительной работе показывает степень развития гликолитического процесса, но при длительной работе (в аэробном режиме, преимущественно) в кислородном долге велика доля других процессов (в живой системе ее трудно измерить). Медленный компонент кислородного долга уменьшается наполовину за 15 – 25 мин, а полностью ликвидируется за 1,5 – 2 часа.

Источник

Adblock
detector