Метаболизм

Метаболизм

Метаболизм — совокупность химических процессов, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Происходят они в тканях и клетках. Обмен, который происходит при полном покое, называется основным. Другими словами, если вы не выполняете никакой работы и не тренируетесь, организм все равно работает.

Промежуточный обмен — совокупность химических превращений с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь до выделения продуктов обмена из организма.

Метаболизм делится на 2 процесса, которые протекают одновременно и взаимосвязанно: анаболизм и катаболизм. Во время анаболизма происходит биосинтез сложных веществ из простых молекул предшественников. Каждая клетка формирует характерные для нее соединения (белки, жиры, углеводы и т.д.). При катаболизме, напротив, идет расщепление сложных молекул до более простых соединений. Выделяется энергия, которую и запасает организм.

Метаболизм питательных веществ

Для построения и возобновления тканей, восполнения расходуемой энергии и обеспечения жизнедеятельности человек должен питаться. В организм из окружающей среды поступают органические и неорганические питательные вещества, то есть пища. Энергетическая ценность того или иного продукта измеряется калориями.

В питании выделим 3 основных процесса: усвоение белков, жиров и углеводов. Регуляция обмена белков, жиров и углеводов — сложный процесс, который связан с работой различных отделов головного мозга, щитовидной и поджелудочной железы, коры надпочечников. Стоит серьезно отнестись к процессу питания, составлению рациона и качеству продуктов. При покупке продуктов в магазине возьмите за правило читать информацию на упаковке. Кроме срока годности и массы, вас должно интересовать содержание питательных веществ, калорийность и наличие витаминов.

Процесс усвоения белков — это синтез, распад и выведение клетками и тканями организма азотосодержащих соединений. Поскольку азот содержится в основном в белках и является важным элементом, то и недостаток белка может вызвать серьезные нарушения в организме. Конечный продукт расщепления поступивших с пищей белков — аминокислоты. Именно из них строятся наши мышцы. Человеческий организм не в состоянии синтезировать 10 аминокислот, которые считаются незаменимыми. Заменимыми называют аминокислоты, которые организм может синтезировать самостоятельно.

Энергетический обмен

«Руководство по составлению спортивной диеты»
Сертифицированный диетолог Рене Макгрегор, 2016

Преобразование организмом пищи в «топливо» происходит по трем основным энергетическим каналам. Базовое представление о принципах этого процесса поможет вам разумнее подойти к тренировкам и питанию и, как следствие, улучшить спортивные результаты. Мы уже обсуждали, что спортивная диета строится на понимании того, как питательные вещества (углеводы, жиры и протеины) служат источником энергии, необходимой организму для выполнения физических упражнений. Эти питательные вещества преобразуются в энергию в форме аденозинтрифосфата посредством различных метаболических процессов. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это молекула внутри клеток, главная роль которой связана с обеспечением организма энергией; именно благодаря энергии, высвобождаемой при распаде молекулы АТФ, происходит сокращение мышц. Как уже упоминалось, углеводы, протеины и жиры обладают неодинаковыми свойствами, поэтому у каждого из них свой механизм преобразования в АТФ.

Энергетические каналы

Организм не в состоянии хранить аденозинтрифосфат, его запасы расходуются буквально за несколько секунд, так что в ходе физической активности приходится непрерывно вырабатывать это вещество. Существует два основных способа преобразования питательных веществ в энергию:

• аэробный метаболизм (с помощью кислорода);
• анаэробный метаболизм (без помощи кислорода).

Как правило, для снабжения организма энергией, необходимой для физических упражнений, объединяются все энергетические системы, при этом интенсивность и продолжительность нагрузок определяют, какой метод и когда используется.

Аэробный метаболизм

Аэробный метаболизм вырабатывает энергию, необходимую для длительных физических нагрузок, то есть имеющих продолжительность больше двух минут. Он задействует кислород, преобразуя питательные вещества (углеводы, протеины и жиры) в АТФ. Это более медленный процесс по сравнению с анаэробным, поскольку в нем задействована кровеносная система, снабжающая кислородом работающие мышцы. Аэробный метаболизм используется преимущественно в ходе упражнений на выносливость, отличающихся невысокой интенсивностью и высокой продолжительностью.

Анаэробный метаболизм

В процессе анаэробного метаболизма энергия вырабатывается быстро и без участия кислорода. Происходит это двумя способами.

• Первая система называется АТФ-ФК, или фосфатной, и обеспечивает организм энергией в течение 10 секунд. Система АТФ-ФК задействуется при коротких интенсивных нагрузках, например стометровом спринте. Этот механизм не требует кислорода для производства аденозинтрифосфата. Сперва он использует имеющиеся в мышцах запасы АТФ (их хватает примерно на 2-3 секунды), после чего начинает распадаться фосфо-креатин (ФК), а энергия от его распада идет на ресинтез АТФ до тех пор, пока запасы ФК не истощатся (еще 6-8 секунд). Фосфокреатин содержится в мышцах и служит всегда готовым к использованию и транспортабельным запасным источником энергии. После того как ресурсы АТФ и ФК оказываются исчерпаны, для дальнейшей выработки АТФ организм переходит либо к аэробному механизму, либо к гликолизу.

• Гликолиз — это доминирующая энергетическая система, используемая для тяжелых физических нагрузок продолжительностью от 30 секунд до 2 минут, таких как бег на 400 или 800 м; она представляет собой второй по скорости способ ресинтеза АТФ.

Во время гликолиза глюкоза — либо содержащаяся в крови, либо преобразованная из гликогеновых запасов — расщепляется в ходе последовательности химических реакций, образуя пировиноградную кислоту.

Из каждой молекулы глюкозы, расщепленной до пировиноградной кислоты, образуются две молекулы пригодной к использованию АТФ. Полученного объема аденозинтрифосфата достаточно для обеспечения энергией напряженного спринта в течение 40 секунд. Следовательно, посредством этого механизма вырабатывается совсем не много энергии, однако преимущество здесь в быстроте ее получения.

Во время физических упражнений спортсмен последовательно проходит все перечисленные метаболические процессы. В начале занятий в ходе анаэробного метаболизма, обусловленного кислородным дефицитом, производится АТФ. По мере учащения дыхания и сердцебиения в организм поступает больше кислорода, и до достижения лактатного порога за выработку энергии отвечает аэробный метаболизм.

Лактатный порог

Лактат, или молочная кислота, — это уникальный продукт метаболизма, вырабатываемый в процессе нагрузок. Он отражает уровень тренированности организма. Читайте подробнее: Лактатный порог

Питание энергетических систем организма

Те или иные вещества преобразуются в АТФ в зависимости от интенсивности и продолжительности физической активности. Углеводы выступают основным источником энергии при умеренных и высоких нагрузках, жиры — при невысоких. Последние служат хорошим источником энергии при тренировках выносливости, поскольку способны с участием кислорода продуцировать энергию на протяжении нескольких часов или даже дней, но совершенно не подходят для высокоинтенсивных нагрузок, например спринтовых интервалов, или даже сохранения темпа бега, который ниже лактатного порога.

Итак, по мере увеличения интенсивности нагрузок в дело вступает углеводный метаболизм. Он намного эффективнее жирового, но обеспечивает ограниченные запасы энергии. Накопленные углеводы (а именно гликоген) могут питать человека около 2 часов при умеренных или высокоинтенсивных тренировках. После этого запасы гликогена истощаются, и, если в организм не поступает свежее «топливо», появляется чувство слабости. Спортсмен может дольше продолжать умеренные либо высокоинтенсивные тренировки за счет пополнения углеводных запасов во время упражнений. Вот почему при умеренной физической активности продолжительностью более нескольких часов так важно употреблять в пищу легкоусвояемые углеводы. Если вы не обеспечите их должное поступление, вам придется снизить интенсивность движений и перейти на жировой метаболизм для их подпитывания.

Если нагрузки становятся интенсивными, эффективность углеводного метаболизма заметно снижается, и начинает работать анаэробный метаболизм. Дело в том, что организм не в состоянии быстро забирать и распределять кислород, и это мешает ему задействовать жировой или углеводный метаболизм. Углеводы могут дать почти в 20 раз больше энергии в форме АТФ на грамм веса, когда их метаболизм происходит с участием кислорода, по сравнению с условиями кислородного голодания, которые возникают во время приложения существенных усилий (например, в процессе спринтерского бега).

При надлежащих тренировках все энергетические системы адаптируются, становятся эффективнее и обеспечивают более длительные тренировки с высокой интенсивностью.

Типы мышечных волокон

Скелетные мышцы состоят из отдельных волокон, называемых миоцитами. Каждый миоцит включает множество миофибрилл, представляющих собой нити протеинов (актина и миозина), которые обладают способностью соединяться друг с другом и растягиваться. Благодаря их взаимодействию мышца укорачивается — этот процесс называется сокращением. Читайте подробнее: Типы мышечных волокон

Существует общепринятое деление мышечных волокон на два основных типа: медленно сокращающиеся (тип I) и быстро сокращающиеся (тип II); последние принято подразделять на тип IIа и тип IIЬ. Они по-разному реагируют на тренировки и физическую активность, и каждый тип волокон обладает уникальной способностью сокращаться определенным образом. Человеческая мускулатура содержит генетически предопределенное сочетание медленных и быстрых волокон.

В среднем в большинстве мышц, используемых для движения, медленно и быстро сокращающихся волокон содержится примерно поровну.

Медленно сокращающиеся волокна (тип I)

Медленно сокращающиеся волокна более эффективно используют кислород для выработки энергии (АТФ) при беспрерывных продолжительных мышечных сокращениях. Они разогреваются дольше, чем быстро сокращающиеся волокна, но могут работать продолжительнее, прежде чем устанут, и поэтому весьма полезны для спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость.

Читайте подробнее: Медленные мышечные волокна

Быстро сокращающиеся волокна (тип II)

Поскольку быстро сокращающиеся волокна используют анаэробный метаболизм для выработки энергии, им куда лучше удается обеспечивать короткие всплески силы и скорости, чем медленным. Но волокна типа II быстрее утомляются. Они производят примерно тот же объем работы за одно сокращение, что и медленные волокна, просто делают это быстрее. Отсюда и их название. Наличие большего числа быстро сокращающихся волокон является преимуществом в спринте и силовых видах спорта, где требуется взрывная сила.

Читайте подробнее: Быстрые мышечные волокна

Типы мышечных волокон и спортивная производительность

Свойственное нам преобладание определенного типа мышечных волокон может оказать влияние на врожденную склонность к тому или иному виду спорту, а также на нашу скорость и силу. Так обычно бывает с элитными спортсменами, которые занимаются спортом, соответствующим генетически обусловленной структуре их тела. Известно, что спринтеры имеют около 80% быстро сокращающихся, а марафонцы — около 80% медленно сокращающихся волокон.

Отсюда вытекает закономерный вопрос: можно ли изменить их соотношение, чтобы оно отвечало требованиям выбранного вида спорта? Может ли пловец на дистанции в 50 м вольным стилем ничем не уступать пловцу, участвующему в заплывах на выносливость в открытой воде? Этот вопрос пока еще остается предметом масштабных исследований, и до сих пор однозначного ответа на него не существует. Имеются доказательства того, что благодаря тренировкам скелетные мышцы могут преобразовать волокна из «быстрых» в «медленные», но для подтверждения необходимы дальнейшие лабораторные наблюдения и эксперименты.

Читайте также

• Метаболизм и эндокринная система
• Как ускорить обмен веществ
• Тренировки и ускорение метаболизма