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 и 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 и 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 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. Но, прежде всего, ускоряет ее активацию тот же энергодефицит, а также накопление пирувата и накопление АМПК – АМФ-активируемой протеинкиназы. Это фермент, который активируется при появлении АМФ, продукте гидролиза АДФ (сильном энергодефиците).
Кроме того, чтобы аэробная система разогналась, ее нужно обеспечить кислородом, 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”.
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. Но, прежде всего, ускоряет ее активацию тот же энергодефицит, а также накопление пирувата и накопление АМПК – АМФ-активируемой протеинкиназы. Это фермент, который активируется при появлении АМФ, продукте гидролиза АДФ (сильном энергодефиците).
Кроме того, чтобы аэробная система разогналась, ее нужно обеспечить кислородом, 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”.
PGC-1α - ключевая молекула, которая регулирует митохондриальный биогенез, метаболизм глюкозы и жирных кислот
Вся эта динамика подразумевает существенное изменение внутренней среды, и это, конечно же, запускает множество самых разных процессов. Здесь мы отметим несколько ключевых для сегодняшней науки и практики.
Во-первых, это уже упомянутый АМПК (AMPK). Он – сенсор энергетического дефицита. Когда АТФ распадается до АДФ, потом до АМФ – активируется АМПК.
Он усиливает энергообмен, стимулируя катаболические процессы - окисление жиров и глюкозы. И, наоборот, подавляет анаболизм, блокируя синтез белков и жиров. Соответственно, во время энергодефицита, мышцы не растут.
Кроме того, АМПК стимулирует другую важную сигнальную молекулу – 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. Это - ключевой фактор роста капилляров. С ним мы тоже еще встретимся.
Кроме того, PGC-1α улучшает окисление жиров и устойчивость к усталости в моменте, в основном, улучшая работу митохондрий.
Третья ключевая сигнальная молекула - хорошо известный нам лактат.
Мы знаем что он служит топливом для митохондрий и что помогает замедлять закисление.
Но еще он стимулирует активацию и PGC-1α, и VEGF. И что особенно интересно, доходя через кровь до головного мозга - лактат активирует рост и обновление его нейронов. Это как раз один из тех путей, которыми тренировки положительно влияют на состояние мозга.
Во-первых, это уже упомянутый АМПК (AMPK). Он – сенсор энергетического дефицита. Когда АТФ распадается до АДФ, потом до АМФ – активируется АМПК.
Он усиливает энергообмен, стимулируя катаболические процессы - окисление жиров и глюкозы. И, наоборот, подавляет анаболизм, блокируя синтез белков и жиров. Соответственно, во время энергодефицита, мышцы не растут.
Кроме того, АМПК стимулирует другую важную сигнальную молекулу – 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. Это - ключевой фактор роста капилляров. С ним мы тоже еще встретимся.
Кроме того, PGC-1α улучшает окисление жиров и устойчивость к усталости в моменте, в основном, улучшая работу митохондрий.
Третья ключевая сигнальная молекула - хорошо известный нам лактат.
Мы знаем что он служит топливом для митохондрий и что помогает замедлять закисление.
Но еще он стимулирует активацию и PGC-1α, и VEGF. И что особенно интересно, доходя через кровь до головного мозга - лактат активирует рост и обновление его нейронов. Это как раз один из тех путей, которыми тренировки положительно влияют на состояние мозга.
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)