Понять энергообеспечение на уровне целых мышц проще всего на примере постепенно повышающейся нагрузки, когда моторные единицы включаются по очереди.

Чтобы объяснение было вдвойне полезно, разберем его на примере классического ступенчатого теста. Его суть заключается в том, что испытуемый, например на ножном велоэргометре, крутит педали с постепенно повышающейся нагрузкой. Нагрузка увеличивается ступенчато, например каждые 2 минуты, чтобы можно было отследить реакцию организма на каждой ступени.

При тестировании измеряются также ЧСС и параметры дыхания (O₂, CO₂, легочная вентиляция (ЛВ), иногда лактат. Это позволяет точно определить аэробный порог, анаэробный порог и МПК в конкретных нагрузках. В случае ножного велоэргометр – для велоспорта.

При постепенно нарастающей нагрузке моторные единицы рекрутируются по очереди, от низкопороговых окислительных, ко все более высокопороговым гликолитическим.

Первые секунды обеспечение мышечных волокон идет за счёт запасов АТФ и КФ. При снижении их концентрации мощность работающих волокон падает, и для поддержания прежнего уровня работы ЦНС вовлекает новые моторные единицы.

Если нагрузка дальше не растет, то когда ЦНС активирует достаточное количество моторных единиц для поддержания работы без образования лактата, энергетика стабилизируется. Такая работа может продолжаться длительное время, практически без вовлечения новых моторных единиц.

Если же нагрузка растет, то для ее преодоления ЦНС вовлекает новые моторные единицы. Одновременно с этим, чтобы обеспечить аэробные процессы кислородом, растут и ЧСС, и показатели дыхания.

С некоторого момента, массы митохондрий в рабочих волокнах становится недостаточно для обеспечения баланса между образованием ионов водорода (Н⁺) и их окислением. Тогда они, вместе с лактатом, начинают активно выходить в кровь.

Н⁺, при этом, при взаимодействии с буферными системами крови вызывают дополнительное образование углекислого газа, что приводит к заметному усилению легочной вентиляции – дыхание становится чаще и глубже.

По увеличению в крови концентрации лактата и усилению легочной вентиляции определяется Аэробный Порог / АэП (англ. Ventilatory Threshold 1/ VT1). Он отображает наибольшую интенсивность нагрузки, которая полностью обеспечивается за счет аэробной системы.

Работа до аэробного порога идет преимущественно на жирах, без заметного учащения дыхания. Поэтому, его можно определить даже без оборудования, по дыханию. Также, до аэробного порога можно свободно говорить короткими фразами. Учащение дыхания или его нехватка для говорения – признак того что порог преодолен.

Дальнейшее увеличение нагрузки требует рекрутирования более высокопороговых моторных единиц, в которых митохондрий мало и энергообеспечение, в основном, идет за счет Гликолиза. Это приводит к еще большему увеличению лактата и Н⁺ в крови.

Они могут попадать в ОМВ или кардиомиоциты со свободными митохондриями и перерабатываться в энергию. А также могут связываться буферными системами крови или забираться печенью для образования гликогена, что снижает общее закисление.

Но эти возможности имеют предел. Поэтому сначала наступает предельное динамическое равновесие между образованием Н⁺ и их утилизацией, а затем оно нарушается и некомпенсируемые Н⁺ вызывают резкую интенсификацию ЧСС и дыхания.

Максимальная интенсивность, при которой еще сохраняется равновесие между производимой и поглощаемой молочной кислотой – Анаэробный порог / АнП, он же ПАНО – порог анаэробного обмена (англ. Ventilatory Threshold 2 / VT2).
Это максимальная интенсивность при которой можно продолжать работу без риска быстрого наступления утомления.

Анаэробный порог, без специальных тестирований, точно определить уже не получится. Но, если исходить из разговорного теста – это тот момент, когда говорить уже невозможно. Только коротко на выдохе.

После АнП, загрузки всех окислительных мощностей мышечных волокон, рост потребления кислорода в основном связан с работой дыхательных мышц и миокарда.

Если продолжать увеличивать интенсивность после наступления АнП, то, при достижении предельных величин ЛВ, ЧСС или при локальном утомлении мышц потребление кислорода стабилизируется, а затем начинает уменьшаться. В этот момент фиксируют максимальное потребление кислорода (МПК / VO₂max).

МПК (VO₂max) – оценка общей мощности аэробной системы, сумма величин потребления кислорода, прежде всего, всеми активными мышцами и миокардом.

Чем выше МПК, тем выше способность производить энергию аэробным путем, выше скорость, которую может поддерживать спортсмен. Тем выше спортивный результат для видов спорта требующих выносливости.

Кроме того, МПК используется и как медицинский показатель, поскольку характеризует работу всей кардиореспираторной системы. Подробнее об этом – в отдельной теме.

В процессе интенсивной работы, в организме накапливается кислородный долг.
Это то количество кислорода, который нужно потратить для завершения начатых реакций. Поэтому мышцы уже находясь в состоянии покоя, некоторое время продолжают усиленно потреблять кислород.

Кислородный долг разделяют на быстрый и медленный компоненты:

• Быстрый – ресинтез АТФ, КрФ, кислорода в миоглобине (оплачивается быстро, в пределах 5 мин.).
• Медленный – Утилизация лактата, восстановление гликогена, терморегуляция, гормональные и митохондриальные процессы - восстановление резервов и гомеостаза (оплачивается долго, до 1,5 часов).

Кислородный долг приблизительно соответствует количеству энергии, полученному анаэробным путем, но некомпенсированному за счет аэробного синтеза АТФ, во время работы мышц. Приблизительно, потому что часть метаболитов забирается печенью, для образования гликогена или выводится, например, с потом.