Від палива до енергетики енергетичні сектори, що працюють

В останній статті я висвітлив фізіологію вправ, деталізуючи енергетичні субстрати (паливо), що використовуються для забезпечення енергією. У цій статті я докладно описую 3 енергетичні сектори, що дозволяють перейти від палива до енергетики. Ці шляхи відрізняються між собою з точки зору палива, потоку енергії, що виділяється, та відходів, які вони виробляють. Дізнайтеся, як ці канали забезпечують енергію відповідно до інтенсивності зусиль, їх переваг та недоліків для бігуна з точки зору потужності, потужності та витрат.

М’язам потрібна енергія, накопичена у формі АТФ (аденозинтрифосфату), щоб стискатися і рухати нас вперед. Золото запаси АТФ, що зберігаються в організмі, мінімальні і дозволяють лише кілька секунд м’язової роботи. Реакція деградації АТФ така:

АТФ АДФ + Пі + енергія (7 ккал на моль АТФ)

Саме розрив фосфатного зв’язку вивільняє енергію і утворює АДФ (аденозиндифосфат) і фосфат. Щоб продовжити зусилля, організм повинен постійно поновлювати АТФ, який негайно "витрачається". АТФ виробляється з енергетичних субстратів, які отримують із їжі, яку ми їмо.

Чому організм не зберігає більше АТФ ?

Ми можемо здивуватися, чому наше тіло не зберігає весь АТФ, необхідний для зусиль, що тривають довше кількох секунд. У цьому випадку йому довелося б лише черпати з цих резервів, які потім реформувалися б після зусиль.

Візьмемо випадок з бігуном вагою 70 кг на 10 км. Він споживає близько 700 ккал, що вимагає 700/7 = 100 молей АТФ. Проблема в тому, що АТФ - це дуже важка молекула, 507 г на моль, що приблизно 50 кг АТФ для пробіжки на 10 км ! Уявіть собі зайву вагу, яка потрібна! Тому набагато розумніше тренувати АТФ за необхідності, працюючи «вчасно», щоб не зберігати його 😉

В останній статті ми побачили, що енергетичними субстратами («паливом») є вуглеводи, ліпіди, білки, і що їх використовують у різних пропорціях залежно від інтенсивності та тривалості зусиль, а також відповідно до рівня підготовки. Для отримання детальної інформації, графіки та пояснень перейдіть тут: Запуск енергетичних субстратів.

Є 3 енергетичні шляхи, що забезпечують АТФ м’язи під час тренування. Про них сказано два анаеробний оскільки вони не потребують кисню при перетворенні субстратів в АТФ. Ці 2 сектори відрізняються тим, випускаються вони чи ніМолочна кислота (вони кваліфіковані як молочнокислий або алактичний). Кажуть про інший сектор аеробні оскільки кисень використовується під час деградації субстрату. Таким чином, ці 3 сектори:

анаеробний алактичний шлях
анаеробний молочнокислий шлях
молочно-аеробний сектор

Потужність та потужність енергетичних секторів

потужність енергетичного ланцюга - це кількість енергії, що виробляється за одиницю часу. Ми можемо мислити владу як потік енергії. Чим більше потужність, тим більше енергії буде виділено в будь-який момент часу. ємність відповідає кількості енергії, що подається в цілому ("об'єм бака").

Анаеробний алактичний ланцюг

Таким чином, цей сектор кваліфікований, оскільки він не потребує кисню і не призводить до виробництва молочної кислоти. Він використовує АДФ, утворений деградацією АТФ, для повторного синтезу АТФ з використанням фосфокреатину (ПК):

З початку інтенсивних зусиль (наприклад, спринт) фосфокреатин передає фосфат АДФ, утворюючи АТФ, і спочатку допомагає підтримувати постійну концентрацію АТФ. На жаль, запаси фосфокреатину дуже обмежені і не можуть забезпечити енергією при напрузі 20-30 секунд при 70% VO2max, не більше. Потім концентрація АТФ падає, і ця падіння супроводжується втомою, яку відчуває бігун. Тому потужність цього сектору дуже низька, з іншого боку, його потужність висока, оскільки викид енергії відбувається швидко: це сектор коротких та інтенсивних зусиль (стрибки, кидки, спринт тощо).

Після фізичних вправ запаси фосфокреатину поповнюються за допомогою зворотної реакції, використовуючи креатин, що утворюється під час фізичних вправ. Звідси ідея деяких поглинати креатин, щоб збільшити цей запас енергії. Ця практика також широко поширена у багатьох видах спорту (але заборонена у Франції), але деякі дослідження показали небезпеку такого методу (доза, пропонована спортсменам, становить 20 г на добу, що відповідає вмісту креатину в 4 кг червоного м’яса! ).

Під час спринту на 100 м фосфокреатин вносить близько 50% від загального споживання АТФ, інша частина забезпечується другим шляхом ...

Анаеробний молочнокислий ланцюг

Цей процес відповідає деградації глюкози без використання кисню: це анаеробний гліколіз. Головною перевагою цього процесу є швидкість виділення енергії. Дійсно, деградація глюкози відбувається швидко (близько десяти реакцій), і це не залежить від надходження кисню з повітря, яким ми дихаємо. Однак наявна потужність нижча, ніж анаеробний алактичний шлях, через ланцюг реакцій, необхідних для виділення енергії. З іншого боку, його ємність більша завдяки більшому запасу глікогену (субстрату). Ланцюг реакцій анаеробного гліколізу можна узагальнити наступним чином:

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Пі + 2 НАД + 2 Піруват + 2 НАДН + 2 АТФ + 2 Н + + 2 Н2О

Ця частина є спільною для аеробного гліколізу. У цей момент піруват потрапляє в мітохондрії, де йде за ланцюгом реакцій, що називається циклом Кребса: це аеробний гліколіз. Однак при інтенсивних навантаженнях перша реакція виробляє більше пірувату, ніж може спожити цикл Кребса, змушуючи його накопичуватися в клітині. Цей надлишок пірувату спричинює утворення молочної кислоти за наступною реакцією:

2 Піруват + 2 НАДН + 2 Н + 2 Молочна кислота + 2 НАД +

Отже, молочна кислота не відповідає за кислотність клітин ! Він виступає лише посередником для протонів Н +. Молочна кислота, яка накопичується, потім дисоціює на лактат і протон Н +:

Молочна кислота Лактат + Н +

Лактат вимивається з клітини в кров. Він транспортується, а потім може бути перероблений, зокрема для утворення глюкози після фізичних вправ у печінці (глюконеогенез) або для використання як паливо в органах, здатних до окислення (головним чином, серця та м’язів). Насправді лише невелика частина лактату виводиться нирками та потом.

Отже, анаеробний гліколіз призводить до закислення середовища накопиченням протонів Н + . Основним недоліком цього процесу є кислотність. Дійсно, кислотність викликає:

Блокування скорочення м’язів
Зниження анаеробного гліколізу
Біль, який важко переносити

Нарешті, ланцюжок реакцій, наведений вище, дає таку оцінку:

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Пі 2 АТФ + 2 Н + + 2 Лактат + 2 Н2О

Вихід анаеробного гліколізу, отже, дуже низький, оскільки деградація молекули глюкози забезпечує лише 2 молекули АТФ ! У статті про енергетичні субстрати ми це бачили енергія, витрачена на біг, становить 1 ккал/кг/км. Тому людині 70 кг потрібно 700 ккал, щоб пробігти 10 км. Деградація 300 г глікогену (приблизно половина запасу) забезпечує лише 24 ккал, або 24/700 = 3,4% необхідної енергії, або перші 340 метрів! Недостатньо, щоб зайти дуже далеко ... виключне використання цього шляху було б навіть небезпечним, оскільки всі запаси глікогену швидко виснажувались, а підвищена кислотність призвела б до загибелі клітин. Нарешті, на щастя, втома і біль змушують нас сповільнити і переважно використовувати аеробну систему для менш інтенсивних, але тривалих зусиль 😉

Аеробний сектор

Цей сектор дозволяє синтезувати АТФ завдяки деградації глюкоза (завдяки аеробний гліколіз) або деякі Жирні кислоти (через бета-окислення, а потім гліколіз). Для глюкози перша частина деградації така ж, як анаеробний гліколіз, тобто відбувається утворення пірувату з глюкози в клітині. Ми бачили, що ця частина виділяє лише 2 молекули АТФ на молекулу глюкози. Решта інша, піруват потрапляє в мітохондрії, де слідує за циклом Кребса. Аеробна частина деградації глюкози вивільняє 36 молекул АТФ, тобто 38 для однієї молекули глюкози. Ми далеко не 2 АТФ для анаеробного гліколізу ! Отже, аеробний шлях має набагато більшу ємність, ніж два анаеробні шляхи.. Ось його оцінка:

Глюкоза + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi -> 6 CO2 + 6 H20 + 38 ATP

Виробництво АТФ супроводжується СО2 та вода, які виводяться через дихання та піт. Він не створює кислотності. Крім того, аеробний процес не залежить від глюкози і дозволяє розщеплювати жирні кислоти, що зберігаються в жировій тканині (жир!). Їх окислення забезпечує навіть більше енергії, ніж глюкози, але, з іншого боку, споживає більше кисню.

Ці два ланцюги реакцій довші, ніж у попередніх секторах, і час для подачі енергії довший, отже, менша потужність. Велика потужність та мала потужність: аеробний сектор - це сектор витривалості !

Вуглеводи проти ліпідів

В аеробному процесі використовуються як вуглеводи, так і жири для забезпечення АТФ м’язів. Співвідношення вуглеводів/жирів змінюється залежно від інтенсивності та тривалості вправи, а також залежно від рівня тренування. Для всіх деталей я звертаюся до вас (ще раз!) До статті про енергетичні основи 😉

Я згрупував характеристики кожного енергетичного сектору в таблиці нижче, щоб узагальнити інформацію. Ми виявляємо той факт, що ліпіди становлять найважливіший енергетичний запас організму (на сьогоднішній день!), Але цей сектор обмежений своєю низькою потужністю: енергія виділяється в 2 рази повільніше, ніж аеробний сектор, використовуючи глікоген і в 3,5 рази повільніше, ніж анаеробна молочна ланцюг ...