Общая модель взаимодействия систем энергообеспечения
Основные системы энергообеспечения (ресинтеза АТФ)
В энергетике важно понимать, что системы ресинтеза работают одновременно. Смена системы означает не выключение одной и включение другой, а только перераспределение баланса их активности. Поэтому и говорят, не “работающая” система, а “доминирующая”.
То, какая система будет доминировать, в основном определяется интенсивностью нагрузки. Чем мощнее она требуется, тем больший уклон в сторону прямого фосфорилирования. А чем ниже, тем больше в сторону экономичной аэробной системы.
То, какая система будет доминировать, в основном определяется интенсивностью нагрузки. Чем мощнее она требуется, тем больший уклон в сторону прямого фосфорилирования. А чем ниже, тем больше в сторону экономичной аэробной системы.
Приоритетные энергосистемы для разных дистанций в беге
Например, в беге, чем выше требуется мощность и ниже длительность, чем короче дистанция, которую мы пытаемся преодолеть за минимальное время, тем больше смещение в сторону прямого фосфорилирования.
На средних дистанциях преобладает гликолиз. Далее, чем длиннее дистанция, тем больше преобладает аэробная система.
Это – стандарт для спортсменов. Но, по факту, приоритетные системы могут сдвигаться в зависимости от уровня подготовки, уровня pH крови, предшествующей диеты, возраста, пола, условий окружающей среды, активности гормонов и других факторов.
Более того, в одно время, часть волокон может работать в аэробном, а другая – в анаэробном режимах. Эти нюансы будут рассмотрены в следующей теме.
На средних дистанциях преобладает гликолиз. Далее, чем длиннее дистанция, тем больше преобладает аэробная система.
Это – стандарт для спортсменов. Но, по факту, приоритетные системы могут сдвигаться в зависимости от уровня подготовки, уровня pH крови, предшествующей диеты, возраста, пола, условий окружающей среды, активности гормонов и других факторов.
Более того, в одно время, часть волокон может работать в аэробном, а другая – в анаэробном режимах. Эти нюансы будут рассмотрены в следующей теме.
Сейчас же нам важно понять, что энергосистемы имеют разное время развертывания (время выхода на максимальную мощность) и взаимное влияние друг на друга. Все активирует выброс кальция, но фосфагенная система включается на полную сразу, а развертывание других систем требует времени.
Гликолизу оно требуется на активацию ферментов и мобилизацию гликогена. Сама активация происходит за несколько секунд, но выход на полную мощность может занимать и 30–60 секунд.
Ускоряет процесс повышение концентрации АДФ и Ф. То есть, энергодефицит.
Наоборот, подтормаживают – высокая концентрация АТФ, повышение концентрации лактата, повышение концентрации цитратов (продукт дыхания митохондрий) и др. Если нет высокой нагрузки, состояние устойчивое, то мышцам выгоднее работать в аэробном режиме.
Аэробная система развертывается еще дольше гликолитической, в ней несколько этапов и у каждого свои требования. А также ей нужен кислород, что требует увеличения капиллярного кровотока. Первично развертывание здесь занимает 20–30 секунд, а выход на большую мощность требует 2–3 минуты. Этот процесс выхода на высокую мощность, устойчивое состояние аэробного обмена, называется “врабатывание”.
Ускоряет активацию также энергодефицит, а также накопление пирувата и накопление АМПК – АМФ-активируемой протеинкиназы. Это фермент, который активируется при появлении АМФ, продукте гидролиза АДФ (сильном энергодефиците).
Гликолизу оно требуется на активацию ферментов и мобилизацию гликогена. Сама активация происходит за несколько секунд, но выход на полную мощность может занимать и 30–60 секунд.
Ускоряет процесс повышение концентрации АДФ и Ф. То есть, энергодефицит.
Наоборот, подтормаживают – высокая концентрация АТФ, повышение концентрации лактата, повышение концентрации цитратов (продукт дыхания митохондрий) и др. Если нет высокой нагрузки, состояние устойчивое, то мышцам выгоднее работать в аэробном режиме.
Аэробная система развертывается еще дольше гликолитической, в ней несколько этапов и у каждого свои требования. А также ей нужен кислород, что требует увеличения капиллярного кровотока. Первично развертывание здесь занимает 20–30 секунд, а выход на большую мощность требует 2–3 минуты. Этот процесс выхода на высокую мощность, устойчивое состояние аэробного обмена, называется “врабатывание”.
Ускоряет активацию также энергодефицит, а также накопление пирувата и накопление АМПК – АМФ-активируемой протеинкиназы. Это фермент, который активируется при появлении АМФ, продукте гидролиза АДФ (сильном энергодефиците).
PGC-1α - ключевая молекула, которая регулирует митохондриальный биогенез, метаболизм глюкозы и жирных кислот
Вся эта динамика подразумевает существенное изменение внутренней среды, и это запускает не только активацию энергосистем, но и множество других адаптаций.
Например – лактат. Мы знаем что он служит топливом для митохондрий и помогает замедлять ацидоз нейтрализуя Н+.
Но еще он стимулирует развитие митохондрий (через PGC-1α), капилляров (через VEGF) и разные другие процессы. В том числе, доходя через кровь до головного мозга, лактат активирует рост и обновление его нейронов. Это один из тех путей, которыми тренировки положительно влияют на состояние мозга.
Такие роли молекул, кога они приводя к запуску разных процессов, называются – сигнальными. Так как молекулы служат сигналами для их активации, запускают цепочки и каскады реакций приводящих к значимым изменениям. Таких сигнальных путей и их молекул много, вся внутренняя регуляция выстроена через них.
Сейчас мы зафиксируем две такие сигнальных молекулы, которые тесно связаны с энергетикой и потому часто встречаются в спортивной практике.
Первая – это уже упомянутый АМПК (AMPK). Он – сенсор энергетического дефицита. Обеспечивает краткосрочные адаптации, усиление энергообмена в моменте нагрузки.
АМПК усиливает энергообмен, одновременно стимулируя катаболические процессы – окисление жиров и глюкозы. И наоборот, подавляя анаболизм, блокируя синтез белков и жиров. Соответственно, во время энергодефицита, мышцы не растут.
Вторая – PGC-1α – это активатор долговременных адаптаций, обеспечивающих устойчивость к подобным нагрузкам в будущем.
Известен он прежде всего тем, что усиливает образование и развитие митохондрий. Но, также он влияет и на развитие капиллярной сети, активируя VEGF – ключевой фактор роста капилляров. Подробнее о нём – в теме про кровоснабжение.
PGC-1α также улучшает окисление жиров и устойчивость к усталости в моменте, в основном, улучшая работу митохондрий.
Например – лактат. Мы знаем что он служит топливом для митохондрий и помогает замедлять ацидоз нейтрализуя Н+.
Но еще он стимулирует развитие митохондрий (через PGC-1α), капилляров (через VEGF) и разные другие процессы. В том числе, доходя через кровь до головного мозга, лактат активирует рост и обновление его нейронов. Это один из тех путей, которыми тренировки положительно влияют на состояние мозга.
Такие роли молекул, кога они приводя к запуску разных процессов, называются – сигнальными. Так как молекулы служат сигналами для их активации, запускают цепочки и каскады реакций приводящих к значимым изменениям. Таких сигнальных путей и их молекул много, вся внутренняя регуляция выстроена через них.
Сейчас мы зафиксируем две такие сигнальных молекулы, которые тесно связаны с энергетикой и потому часто встречаются в спортивной практике.
Первая – это уже упомянутый АМПК (AMPK). Он – сенсор энергетического дефицита. Обеспечивает краткосрочные адаптации, усиление энергообмена в моменте нагрузки.
АМПК усиливает энергообмен, одновременно стимулируя катаболические процессы – окисление жиров и глюкозы. И наоборот, подавляя анаболизм, блокируя синтез белков и жиров. Соответственно, во время энергодефицита, мышцы не растут.
Вторая – PGC-1α – это активатор долговременных адаптаций, обеспечивающих устойчивость к подобным нагрузкам в будущем.
Известен он прежде всего тем, что усиливает образование и развитие митохондрий. Но, также он влияет и на развитие капиллярной сети, активируя VEGF – ключевой фактор роста капилляров. Подробнее о нём – в теме про кровоснабжение.
PGC-1α также улучшает окисление жиров и устойчивость к усталости в моменте, в основном, улучшая работу митохондрий.
Общая картина энергообмена для отдельного мышечного волокна
Материал для углубленного изучения
- Interaction among Skeletal Muscle Metabolic Energy Systems during Intense Exercise /Julien S. Baker, Marie Clare McCormick, Robert A. Robergs, 2010 (Journal of Nutrition and Metabolism)