ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ЭНЕРГИЕЙ И РАБОТОЙ
В биологическихсистемах существует несколько видов энергии: электрическая — в нервах и мышцах; химическая — при синтезе молекул;
механическая — при сокращении мышц; тепловая — образующаяся в результате всех указанных процессов, помогающая поддерживать
температуру тела. Исходным источником энергии для биологических систем является Солнце. Солнечная энергия, передаваемая в виде излучения, поглощается растениями и используется для преобразования простых атомов и молекул в углеводы, жиры и белки (протеины), в которых она содержится в виде энергии химических связей. Для использования этой энергии клетками тела необходимо расщепление пищевых продуктов таким образом, чтобы сохранялась большая часть энергии, содержащейся в химических связях молекул углеводов, жиров и протеинов. Кроме того, конечный продукт должен быть в форме, удобной для использования клеткой. Как отмечалось выше, клетки используют АТФ в качестве первичного источника энергии (электрической, механической или химической), необходимой для биологической работы. При разрыве химических связей между фосфатами выделяется энергия, которая может быть использована клеткой. При этом аденозинтрифосфат переходит в состояние с меньшей энергией в виде аденозиндифосфата(АДФ) и неорганического фосфора (Ф):АТФ -ｻ АДФ + Ф + энергия для работы. Если мышца производит работу, то АТФ постоянно расщепляется на АДФ и неорганический фосфор Ф. Для продолжительной работы необходимо восстановление аденозинтрифосфата с такой скоростью, с какой это вещество используется клеткой. Разработана классификация источников энергии для мышечных сокращений. Источники энергии, используемые при кратковременной, непродолжительной и продолжительной работе, различные. Очень ограниченное количество АТФ, накопленное в мышце, достаточно для удовлетворения потребности в энергии при максимальном усилии продолжительностью не более одной секунды. Креатинфосфат (КФ), вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией, содержащегося в мышце, является наиболее важным источником энергии для выполнения кратковременной работы. Креатинфосфат может отдавать молекулы фосфата (и энергию, содержащуюся в этих молекулах) молекулам АДФ для образования АТФ, обеспечивая возможность работы мышцы в течение определенного времени.Указанная реакция протекает с такой скоростью, с которой мышца образует аденозиндифосфат. К сожалению, запас креатинфосфата в мышце может обеспечить максимальную работу мышцы только в течение 2—3 с. Для описанного процесса не требуется кислород, он представляет собой один из анаэробных процессов для образования АТФ. Креатинфосфат является основным источником АТФ при толкании ядра, прыжках в высоту и в первые секунды бега на короткие дистанции.
Источники энергии при непродолжительной работе
По мере уменьшения запаса КФ в мышце клетка начинает расщеплять гликоген (запас глюкозы в мышце) для образования АТФ с большой скоростью. Этот процесс называется процессом гликолиза и не требует кислорода, т. е. относится к анаэробным процессам. Гликолиз позволяет мышце выполнять работу в течение более продолжительного, но ограниченного периода времени. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота, которая при дальнейшей мышечной деятельности накапливается в клетках мышц и крови. Такое накопление кислоты в мышцах замедляет скорость расщепления гликогена и может препятствовать процессу сокращения мышцы.Рассмотренный источник энергии для непродолжи-
тельной работы имеет важное значение, когда тре-
буется максимальная работа в течение 2—3 мин.
Источники энергии при продолжительной работе
Источниками энергии при продолжительной работе служат различные вещества, необходимые для образования АТФ, однако для этого требуется кислород (аэробный процесс). К таким веществам относятся гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты и внутримышечный жир. Молекулы этих веществ расщепляются таким образом, что энергия, содержащаяся в химических связях этих молекул, передается в часть клетки, в которой происходит синтез АТФ. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки с использованием кислорода. Образование АТФ с помощью рассмотренного механизма происходит медленнее, чем с помощью источников энергии, используемых при кратковременной и непродолжительной работе, при работе в режиме с субмаксимальными физическими нагрузками, требуется от 2 до 3 мин, прежде чем потребность клетки в АТФ будет полностью удовлетворена с помощью рассмотренного аэробного процесса. Одной из причин указанной задержки является то, что требуется время, пока сердце начнет увеличивать подачу мышцам крови, обогащенной кислородом, со скоростью, необходимой для удовлетворения потребностей мышцы в АТФ.
Аэробное образование АТФ является основным средством снабжения мышцы энергией в режиме работы с максимальной физической нагрузкой в течение 2—3 мин, а также во всех режимах работы с субмаксимальными нагрузками.
