Потребление кислорода при мышечной деятельности

При изучении темы «Потребление кислорода при мышечной деятельности» студент должен знать:

1. Особенности транспорта кислорода при физических нагрузках;
2. Изменения в органах и тканях, происходящие при мышечной работе.

Уметь:

1. Интерпретировать понятие устойчивого состояния и способов его достижения;
2. Соотносить фазы восстановления и стадии оплаты кислородного долга.

Владеть:

Базовыми понятиями темы (кислородный долг, кислородный дефицит, устойчивое состояние, кислородный запрос, кислородный приход).

Скорость доставки кислорода к работающим мышцам – один из важнейших факторов, влияющих на энергообеспечение. При низком уровне метаболизма в клетке (состояние покоя) скорость доставки кислорода к тканям не влияем на уровень ресинтеза АТФ, однако, когда содержание кислорода в клетке ниже некоторого критического уровня, то поддержание метаболизма требует некоторых адаптивных сдвигов клеточного метаболизма, что неизбежно приведет к увеличению потребления кислорода.

При нормальных условиях 1 г гемоглобина крови может связывать 1,34 мл О₂. В 100 мл крови содержится 14-16г гемоглобина, поэтому кислородная емкость крови при полном насыщении гемоглобина может составить 21-22 мл О₂ на 100 мл крови.

На способность гемоглобина связывать О₂ влияют: температура крови, концентрация ионов водорода в крови: чем ниже температура и выше рН, тем больше кислорода может быть связано гемоглобином. В состоянии покоя сердце перекачивает 5-6 л крови в минуту, при нагрузке этот показатель увеличивается до 30-40 л. В клетках мышц кислородный обмен осуществляется при помощи миоглобина, который переносит О₂ к митохондриям, где идут окислительные процессы.

При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность в кислороде возрастает во много раз. Однако сразу она не может быть удовлетворена. Необходимо время, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кровообращения и чтобы кровь, обогащенная кислородом, могла поступить к работающим мышцам. Если при работе ЧСС превышает 150 ударов в минуту, то скорость потребления кислорода возрастает до тех пор, пока не наступит устойчивое состояние, при котором потребление О₂ в данный момент времени точно соответствует потребности организма в нем.

Иногда может наблюдаться «ложное устойчивое состояние», при котором потребление О₂ некоторое время (6-10 мин) поддерживается на максимальном уровне не потому, что потребность в О₂ полностью удовлетворяется, а потому, что исчерпаны возможности сердечно-сосудистой системы доставлять его к тканям. Однако на уровне мышечных волокон лимитирующим фактором является способность митохондрий утилизировать кислород и способность окислительных ферментов использовать его в работающих мышцах. Максимальный уровень потребления О₂ не может поддерживаться долго: во время длительной работы он снижается из-за утомления.

Количество кислорода, необходимое организму для удовлетворения энергетических процессов за счет аэробных процессов, называется кислородным запросом работы. При интенсивной работе реальное потребление кислорода – кислородный приход – составляет только небольшую часть кислородного запроса. Разность между кислородным запросом и реальным потреблением кислорода организмом называется кислородный дефицит. В условиях кислородного дефицита активизируется анаэробный ресинтез АТФ.

При работе, когда не устанавливается устойчивое состояние, или при «ложном устойчивом состоянии» количество недоокисленных продуктов постоянно увеличивается, и устраняются они только в ходе восстановления. Для восстановления АТФ и окисления лактата и других веществ требуется дополнительное количество кислорода, поэтому некоторое время после окончания работы потребление его продолжает оставаться повышенным по сравнению с уровнем покоя. Этот излишек кислородного потребления в период восстановления получил название «кислородный долг». Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита и чем больше продолжительность и интенсивность работы, тем значительнее это различие. Часть потребленного в период отдыха О₂ используется для восстановления миоглобинового и гемоглобинового запаса. При работе, вызывающей утомление, эффективность использования кислорода снижается вследствие частичного разобщения процессов окисления энергетических субстратов и образования АТФ. Разобщение может продолжаться и некоторое время после работы, поэтому в период восстановления потребление кислорода больше, чем в покое.

Кислородный долг при работе различной интенсивности может вызываться различными факторами. Так, при кратковременной интенсивной работе в образовании кислородного долга основную роль играет израсходование резервов КрФ и АТФ, а при продолжительной работе – расходование гликогена и изменение рН. Если же работа выполнялась в устойчивом состоянии, то кислородный долг наполовину восполняется уже за 30 с, а полностью – за 3-5 минут.

После интенсивной работы погашение кислородного долга происходит в 2 стадии: сначала быстрое, а затем медленное, затяжное возвращение к дорабочему уровню потребления кислорода.

Быстрый компонент кислородного долга (алактатный) включает то количество О₂, которое необходимо для ресинтеза АТФ и КрФ. Он характеризует вклад КрФ - механизма в энергетическое обеспечение работы. Медленный компонент кислородного долга (лактатный) включает то количество кислорода, которое необходимо для окисления молочной кислоты, образовавшейся во время работы. Он восполняется наполовину за 15-25 мин, а полностью устраняется за 1,5-2 ч.

Вопросы для самопроверки:

1. Опишите основные особенности транспорта кислорода при физических нагрузках.
2. Дайте определение понятий кислородный запрос, кислородный приход, кислородный долг, кислородный дефицит.
3. Охарактеризуйте истинное и ложное устойчивое состояние.
4. Объясните, каким образом во время восстановления происходит оплата кислородного долга.
5. Почему одной из причин утомления является изменение скорости кислорода к работающим мышцам?