Мобилизация ресурсов на энергообеспечение

И С Т О Ч Н И К И

3-й вопрос

Скорость доставки кислорода является одним из важнейших факторов, определяющих возможности энергообеспечения работающих мышц.

Кислород, содержащийся во вдыхаемом воздухе, диффундирует в кровь через стенки легочных альвеол и кровеносных капилляров вследствии разницы его парциального давления в альвеолярном воздухе и крови. В альвеолярном воздухе парциальное давление составляет 100-106 мм. рт. ст., а в крови, притекающей к легким в покое – 70-80 мм. рт. ст., при мышечной работе – гораздо ниже.

Небольшая часть кислорода растворяется в плазме (около 0,3 мл на 100 мл крови), большая часть связывается в эритроцитах с гемоглобином:

Н₂ + О₂ Н₂ О – оксигемоглобин.

При температуре ноль и р=760 мм. рт. ст. 100 г гемоглобина могут связывать 134 мл кислорода, при обычной температуре тела несколько меньше. В крови взрослого человека содержится 14-16 г гемоглобина.

Кислородная емкость крови – общее количество связанного кровью кислорода при полном насыщении гемоглобина может составить 21-22 мл кислорода на 100 мл крови.

На способность гемоглобина связывать кислород влияет температура крови и концентрация ионов Н: чем ниже температура и выше рН, тем больше кислорода может быть связано с гемоглобином. Выделение углекислого газа из крови в выдыхаемый воздух способствует подщелачиванию, т.е повышению рН. Молекула гемоглобина может присоединить 4 молекулы кислорода; присоединение первой облегчает присоединение последующих молекул. Обогащенная кислородом кровь поступает в большой круг кровообращения. Сердце в покое перекачивает ежеминутно 5-6 л крови, следовательно, переносит от легких к тканям 250-300 мл кислорода/мин. Во время работы минутный объем крови возрастает до 30-40 л, а количество переносимого кровью кислорода – до 5-6 л в мин.

Увеличение содержания углекислого газа, кислотных продуктов обмена, повышение температуры в тканевых капиллярах создают условия для распада оксигемоглобина до гемоглобина и кислорода. Вследствие разницы концентраций кислород диффундирует в клетки. В клетках кислород присоединяется к миоглобину, который схож с гемоглобином. Миоглобин может депонировать кислород или переносить его к митохондриям, где протекают процессы окисления.

С усилением использования кислорода митохондриями во время мышечной работы миоглобин отдает свой кислородный запас и начинает получать его от гемоглобина крови. Миоглобин обладает большим химическим сродством к кислороду, чем гемоглобин, что обеспечивает более полное использование тканями кислорода, поставляемого кровью.

При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность в кислороде возрастает во много раз, однако она не может сразу быть удовлетворена. Нужно время, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кроветворения, и чтобы обогащенная кислородом кровь могла дойти до работающих мышц. При равномерной работе, если ЧСС не превышает 150 уд/мин. Скорость потребления кислорода возрастает до тех пор, пока не наступит «устойчивое состояние»метаболических процессов, при котором потребление кислорода достигает постоянного уровня, и в каждый момент времени точно соответствует потребности в нем. Такое устойчивое состояние называется «истинным». Уровень потребления кислорода в устойчивом состоянии зависит от мощности выполняемого упражнения:

При более интенсивной работе (с ЧСС 150-180 уд/мин) устойчивое состояние не устанавливается и потреблении кислорода может возрастать до конца работы или до достижения (максимального потребления кислорода) МПК. В последнем случае может наблюдаться «ложное устойчивое состояние», когда потребление кислорода некоторое время (6-10 мин) поддерживается на постоянном уровне не потому, что потребность организма в кислороде полностью удовлетворяется, а потому, что исчерпаны возможности сердечно-сосудистой системы по доставке его к тканям. Эти возможности в большинстве случаев ограничиваются потреблением кислорода мышечными клетками, хотя лимитирующим фактором становится окислительная способность самих работающих мышечных клеток, в частности, активность дыхательных ферментов в митохондриях.

Максимальный уровень потребления кислорода не может поддерживаться долго. Во время длительной работы он снижается из-за утомления.

Количество кислорода, которое необходимо организму, чтобы полностью удовлетворить энергетические потребности за счет аэробных процессов, называется «кислородным запросом работы». При интенсивной работе реальное потребление кислорода – кислородный приход – составляет только часть кислородного запроса. Кислородный дефицит – разность между кислородным запросом и реально потребляемым кислородом.

В условиях дефицита кислорода активизируются анаэробные реакции ресинтеза АТФ, что приводит к накоплению в организме недоокисленных продуктов анаэробного распада.

Во время работы, при которой возможно установление устойчивого состояния, часть анаэробных метаболитов может ликвидироваться по ходу работы за счет усиления аэробных реакций, другая их часть устраняется после работы. Если устойчивое состояние не устанавливается или при ложном устойчивом состоянии количество недоокисленных продуктов все время увеличивается по ходу работы, то устраняются они в восстановительном периоде.

Устранение анаэробных метаболитов может происходить путем их полного окисления до конечных продуктов (углекислый газ и вода) или путем ресинтеза в исходные вещества. Для этих процессов требуется дополнительное количество кислорода, поэтому некоторое время после окончания работы потребление его продолжает оставаться повышенным по сравнению с уровнем покоя. Этот восстановительный излишек кислородного потребления получил название кислородного долга. Кислородный долг (О₂ - долг) всегда больше кислородного дефицита, и чем больше интенсивность и продолжительность, чем значительнее различие.

Показать графики при работе разной мощности. (Возможно искажение при выносе на сайт, графики чертились на занятиях)

Кислородный приход, кислородный дефицит и кислородный долг при работе разной мощности

5 Лёгкая работа.

1 О₂ -приход

О_2- долг _{_}

0 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8

5

Тяжёлая работа.

О₂-приход 1 2

1 О₂-долг

0

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8

5

4 Истощающая работа.

1 2

1 О₂-долг

Работа Восстановление

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8

После работы, в которой возможно установление устойчивого состояния, снижение потребления кислорода происходит быстро: О₂- долг наполовину оплачивается за 27-30 с, полностью – за 3-5 мин.

При более интенсивной работе в кривой снижения потребления кислорода выделяют две фазы – начальный быстрый спад и более медленный затяжной процесс возвращения к уровню покоя. Быстрый компонент О₂- долга (так называемый алактатный), медленный компонент (лактатный) О₂- уменьшается наполовину за 15-25 мин, полностью ликвидируется за 1,5-2 часа.