Каким образом организм хранит энергию? Почему именно так, а не иначе? Как наиболее экономично расходовать эту энергию? Давайте попробуем ответить на эти вопросы.
Но прежде всего, повторим прописную истину - организм не производит энергию (это только фигура речи), он лишь выбирает форму трансформации энергии от химической формы к механической и тепловой, действуя в строгом соответствии с первым законом термодинамики. Первый закон термодинамики нам говорит, что энергия не создается и не теряется, но превращается. Работа нашего организма не противоречит данному универсальному принципу.
АТФ или аденозинтрифосфат является основным переносчиком энергии в клетке, играет исключительно важную роль в обмене энергии в организме и известен как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов протекающих в живых системах.
При этом, общее количество АТФ в организме в каждый отдельно взятый момент составляет не более 250 грамм. Этого количества хватит лишь на несколько секунд работы мышц при максимальной нагрузке. Возникает вопрос, если АТФ это универсальный источник энергии то почему бы не сделать в организме его запасы побольше?
Все дело в том, что молекула АТФ очень тяжелая и 1 моль АТФ весит 507,19 грамма.
При этом 1 моль АТФ дает нам энергии от 40 до 60 кДж.
1 Джоуль =0,238846 калориям.
Соответственно 40-60 кДж=9,5 до 14,3 кКал.
1 моль АТФ весом 507,19 грамм=9,5-14,3 кКал энергии.
При беге среднее потребление калорий составляет 1 кКал/кг/км. У тренированного человека несколько меньше.
Соответственно человек массой в 70 кг на преодоление дистанции в 10 километров тратит в среднем 700 кКал. 700 кКал в АТФ будет весить почти 30 килограмм!
Организму просто не выгодно запасать большие объемы энергии в форме АТФ. В связи с этим, АТФ в организме является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты. В течении же суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000-3000 циклов ресинтеза, а всего человеческий организм в среднем синтезирует в сутки около 40 килограмм АТФ.
Организм практически не создает запаса АТФ и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.
Для синтеза АТФ организм использует глюкозу которую депонирует в форме ГЛИКОГЕНА. Гликоген как способ хранения энергии организмом более эффективен. 1 моль глюкозы образует при аэробном гликолизе 38 моль АТФ, а весит при этом глюкоза 174 грамма на моль. 1 моль глюкозы весит 174 грамма, но при этом в процессе синтеза энергии дает 38 моль АТФ общим весом в 19,3 килограмм!!
Энергетический обмен глюкозы осуществляется одновременно в трех направления. Два из которых известны нам как анаэробные и не требуют присутствия кислорода при синтезе АТФ и один аэробный. Анаэробный гликолиз 1 моль глюкозы сопровождается синтезом 2 моль АТФ и 2 моль лактата. При этом аэробный гликолиз 1 моль глюкозы сопровождается производством 38 моль АТФ.
Вот почему нам так важен при длительном беге именно аэробный гликолиз, то есть синтез энергии из глюкозы в присутствии кислорода. Он просто гораздо более эффективен!
Запасы гликогена в нашем организме оцениваются в 300-400 грамм, что обеспечивает нас запасом энергии примерно в 1900-2200 ккалорий. Но этого запаса все равно мало даже для того чтобы пробежать марафон. Запасы гликогена полностью истощаются в течении 90 минут при усилии свыше 75% от МПК.
В чем же организм человека хранит основной запас энергии?
В ЖИРАХ. Деградация одной молекулы триглицерина освобождает в 13 раз больше энергии чем молекула глюкозы. Один грамм субстрата жиров (липидов) дает энергии 9 ккал против 4 ккал у углеводов. То есть в энергетическом плане липиды нам дают энергии в 2 раза больше чем углеводы в том же количестве. В среднем, доля жира в организме человека близка к 10-15% у мужчин и 20% у женщин, что дает нам запас энергии равный почти 90 000 ккалорий!
Большее количество энергии организм запасает максимально эффективным способом в виде жиров. Но есть одно но! Синтез энергии из жиров может протекать только в присутствии кислорода. И при этом, этот процесс требует затрат энергии! Для получения энергии из жиров нам необходим кислород и …. углеводы, как источник энергии. Жиры горят в пламени глюкозы! Помните?
Если мы хотим бежать долго и экономично мы должны двигаться в аэробном режиме для того чтобы обеспечить синтез энергии из жиров и максимально эффективно тратить запасы углеводов для обеспечения этого процесса (не забывая о дополнительном питании на длинных дистанциях).
Аэробный режим синтеза энергии соответствует максимальной нагрузке равной примерно 60-65% МПК (VO2max). Соответственно экономичность бега (эффективность потребления кислорода и сжигания калорий) будет снижается при превышении максимальной нагрузки выше 60-65% МПК, а при переходе к нагрузке выше 75% МПК резко упадет.
Регулярные тренировки способны повысить возможность организма к полному расщеплению липидов на 20-30 %. Эти изменения ощущаются на изменении жировой массы организма. Так с ростом тренированности средний процент жира в организме уменьшается и может достичь 5 % у мужчин и 10% у женщин.
Первый график это так называемая «кривая Howald (1974)» схематически показывает относительную долю трех энергетических систем в зависимости от продолжительности усилия.
Следующий график показывает долю жиров и углеводов в энергетическом обмене в зависимости от интенсивности усилия.
Третий график показывает распределение энергопотребления в четырехглавой мышце в зависимости от интенсивности усилия. Доля гликогена резко возрастает с ростом интенсивности. Доля липидов максимальна при МПК=57% и резко уменьшается при МПК свыше 72%.
Ну и последний график показывает соотношение жиров в энергетических обменных процессах у тренированного и не тренированного человека.
Для тех кто захочет подробнее разобраться в этом вопросе, мы подготовили целый цикл статей посвященный основным энергетическим обменным процессам в нашем организме: