Рух будь-якого зчленування здійснюється завдяки скороченням скелетних м'язів. На наступній діаграмі представлений метаболізм енергії в м'язі.
Скорочувальна функція всіх типів м'язів обумовлена перетворенням в м'язових волокнах хімічної енергії певних біохімічних процесів в механічну роботу. Гідроліз аденозинтрифосфату (АТФ) як раз і забезпечує м'яз цією енергією.
Оскільки постачання мускулатури АТФ невелика, необхідно активувати метаболічні шляхи до ресинтезу АТФ. щоб рівень синтезу відповідав витратам на скорочення м'язів. Освіта енергії для забезпечення м'язової роботи може здійснюватися анаеробним (без використання кисню) і аеробних шляхом. АТФ синтезується з аденозиндифосфату (АДФ) за допомогою енергії креатинфосфату, анаеробного гліколізу або окисного метаболізму. Запаси АТФ в м'язах порівняно незначні і їх може вистачити лише на 2-3 секунди інтенсивної роботи.
Запаси креатинфосфату (КРФ) в м'язі побільше запасів АТФ і вони анаеробно можуть бути швидко перетворені в АТФ. Крф - сама «швидка» енергії в м'язах (вона забезпечує енергію в перші 5-10 секунд дуже потужної, вибуховий роботи силового характеру, наприклад, при підйомі штанги). Після вичерпання запасів КРФ організм переходить до розщеплення м'язового глікогену, що забезпечує більш тривалу (до 2-3 хвилин), але менш інтенсивну (у три рази) роботу.
Гліколіз - форма анаеробного метаболізму, забезпечує ресинтез АТФ і КРФ за рахунок реакцій анаеробного розщеплення глікогену або глюкози до молочної кислоти.
Крф вважається паливом швидкої реалізації, який регенерує АТФ. якого в м'язах незначна кількість і тому Крф є основним енергетиком протягом декількох секунд. Гліколіз складніша система, здатна функціонувати тривалий час, тому її значення істотно для більш тривалих активних дій. Крф обмежений своїм незначною кількістю. Гліколіз ж має можливість для відносно тривалого енергетичного забезпечення, але, виробляючи молочну кислоту, заповнює нею рухові клітини і через це обмежує м'язову активність.
Пов'язаний з можливістю виконання роботи за рахунок окислення енергетичних субстратів, в якості яких можуть використовуватися вуглеводи, жири, білки при одночасному збільшенні доставки та утилізації кисню в працюючих м'язах.
Для поповнення термінових і короткочасних енергетичних запасів і виконання тривалої роботи м'язова клітина використовує так звані довготривалі джерела енергії. До них відносяться глюкоза та інші моносахара, амінокислоти, жирні кислоти, гліцеролкомпоненти продуктів харчування, що доставляються в м'язову клітку через капілярну мережу і беруть участь в окислювальному метаболізмі. Ці джерела енергії генерують освіту АТФ шляхом поєднання утилізації кисню з окисленням носіїв водню в електронтранспортной системі мітохондрії.
В процес повного окислення однієї молекули глюкози синтезується 38 молекул АТФ. При зіставленні анаеробного гліколізу з аеробних розщепленням вуглеводів можна помітити, що аеробний процес в 19 разів ефективніше.
Під час виконання короткочасних інтенсивних фізичних навантажень в якості основних джерел енергії використовуються Крф. глікоген і глюкоза скелетних м'язів. У цих умовах головним фактором, що лімітує освіту АТФ. можна вважати відсутність необхідної кількості кисню. Інтенсивний гліколіз призводить до накопичення в скелетних м'язах великої кількості молочної кислоти, яка поступово дифундує в кров і переноситься в печінку. Високі концентрації молочної кислоти стають важливим фактором регуляторного механізму, ингибирующего обмін вільних жирних кислот під час фізичних навантажень тривалістю 30-40 с.
У міру збільшення тривалості фізичних навантажень відбувається поступове зниження концентрації інсуліну в крові. Цей гормон бере активну участь в регуляції жирового обміну і при високих концентраціях гальмує активність ліпаз. Зниження концентрації інсуліну під час тривалих фізичних навантажень призводить до підвищення активності інсулін залежних ферментних систем, що проявляється в посиленні процесу ліполізу і збільшення звільнення жирних кислот з депо.
Важливість цього регуляторного механізму стає очевидною, коли спортсмени допускають найбільш поширену помилку. Нерідко, намагаючись забезпечити організм легкозасвоюваними джерелами енергії, за годину до початку змагань або тренувань вони приймають багату вуглеводами їжу або концентрований, що містить глюкозу, напій. Таке насичення організму легкозасвоюваними вуглеводами призводить через 15-20 хвилин до підвищення рівня глюкози в крові, а це, в свою чергу, викликає посилене виділення інсуліну клітинами підшлункової залози. Підвищення концентрації цього гормону в крові призводить до посилення споживання глюкози в якості джерела енергії для м'язової діяльності. В кінцевому рахунку, замість енергетично більш вигідних жирних кислот в організмі витрачаються вуглеводи. Так, прийом глюкози за годину до старту може істотно вплинути на спортивну працездатність і знизити витривалість до тривалої навантаженні.
Активну участь вільних жирних кислот в енергетичному забезпеченні м'язової діяльності дозволяє більш економно виконувати тривалі фізичні на грузки. Посилення процесу ліполізу під час фізичних навантажень призводить до звільнення жирних кислот з жирових депо в кров, і вони можуть бути доставлені в скелетні м'язи або використані для утворення ліпопротеїнів крові. У скелетних м'язах вільні жирні кислоти проникають в мітохондрії, де піддаються послідовному окислення, пов'язаному з фосфорилюванням і синтезом АТФ.
Кожен з перерахованих біоенергетичних компонентів фізичної працездатності характеризується критеріями потужності, ємності й ефективності (табл. 1).
Таблиця 1. Основні біоенергетичні характеристики метаболічних процесів - джерел енергії при м'язовій діяльності
Критерій потужності оцінює то максимальна кількість енергії в одиницю часу, яке може бути забезпечено кожної з метаболічних систем.
Критерій ємності оцінює доступні для використання загальні запаси енергетичних речовин в організмі, або загальна кількість виконаної роботи за рахунок даного компонента.
Критерій ефективності показує, яка кількість зовнішньої (механічної) роботи може бути виконано на кожну одиницю енергії, що витрачається.
Важливе значення має співвідношення аеробного і анаеробної енергопродукції при виконанні роботи різної інтенсивності. На прикладі бігових дистанцій з легкої атлетики можна уявити це співвідношення (табл.2)
Таблиця 2. Відносний внесок механізмів аеробного і анаеробної енергопродукції при виконанні з максимальною інтенсивністю одноразової роботи різної тривалості
