Анаэробный обмен — это процесс получения энергии клетками без использования кислорода. Он происходит преимущественно в условиях нехватки кислорода и обеспечивает быструю выработку энергии, что особенно важно для работающих мышц во время интенсивной физической нагрузки.
В ходе анаэробного обмена углеводы, как правило, превращаются в лактат, что может приводить к накоплению молочной кислоты в организме. Несмотря на его кратковременный характер, анаэробный обмен играет важную роль в поддержании работоспособности организма в условиях, когда аэробные процессы затруднены.
Анаэробный обмен это
Анаэробный гликолиз. Молочная и пировиноградная кислота
а) Процессы высвобождения энергии без кислорода. Анаэробный гликолиз. В условиях нехватки или отсутствия кислорода окислительное фосфорилирование становится невозможным. Однако даже в этих случаях клеткам доступно небольшое количество энергии благодаря гликолитическому расщеплению углеводов, так как для преобразования глюкозы в пировиноградную кислоту кислород не требуется.
Этот способ метаболизма глюкозы является крайне неэффективным, поскольку только 24000 калорий, выделяемых при расщеплении одной молекулы глюкозы, используется для синтеза АТФ, что составляет лишь чуть больше 3% от общего объема выделившейся энергии. Тем не менее, такой метаболизм, известный как анаэробное энергообеспечение, способен обеспечить клетки энергией в течение нескольких минут, что может быть критически важно в условиях кислородного дефицита.
б) При образовании молочной кислоты в ходе анаэробного гликолиза выделяется дополнительное количество энергии, превышающее анаэробное энергообеспечение. Согласно закону действующих масс, когда количество образующихся конечных продуктов реакции приближается к средним значениям, обеспечиваемым данной реакцией, скорость протекания реакций практически останавливается. Конечными продуктами реакции гликолиза являются (для облегчения понимания рекомендуем ознакомиться с рисунком ниже):
(1) пировиноградная кислота;
(2) атома водорода, взаимодействующие с НАД+, формируют НАД-Н и Н+.
Цепочка химических процессов, играющих ключевую роль в гликолизе
Образование обоих или одного из них останавливает процессы гликолиза и препятствует дальнейшему образованию АТФ. Если количество образовавшихся конечных продуктов реакции велико, они взаимодействуют друг с другом, образуя молочную кислоту в соответствии со следующей схемой реакции:
В результате протекания анаэробного метаболизма значительная часть пировиноградной кислоты преобразуется в молочную кислоту, которая свободно проникает в внеклеточное пространство и даже в менее активные клетки. Это означает, что молочная кислота выполняет роль своеобразного «дренажа», способствующего выведению конечных продуктов гликолиза, что позволяет этому процессу продолжаться дольше, чем могло бы быть в условиях, когда молочная кислота отсутствует.
Если бы не это преобразование пировиноградной кислоты, гликолиз мог бы протекать лишь в течение нескольких секунд. Благодаря этому процессу гликолиз длится несколько минут, обеспечивая организм значительным количеством АТФ даже в условиях нехватки кислорода.
в) Процесс обратного превращения молочной кислоты в пировиноградную кислоту происходит при доступности кислорода. Когда кислород снова появляется после анаэробного периода, молочная кислота быстро конвертируется в пировиноградную кислоту, НАД-Н и Н+. Значительное количество этих веществ сразу же окисляется, что приводит к образованию большого объема АТФ. Избыток АТФ может вызвать то, что более 75% пировиноградной кислоты вновь превращается в глюкозу.
Таким образом, большое количество молочной кислоты, которое образуется во время анаэробного гликолиза, не теряется организмом, т.к. если кислород вновь становится доступным, молочная кислота может подвергнуться обратному превращению в глюкозу или напрямую использоваться для получения энергии. Большая часть этих превращений осуществляется в печени, но в небольших количествах может происходить и в других тканях.
г) Использование сердцем молочной кислоты для получения энергии. Сердечная мышца обладает способностью превращать молочную кислоту в пировиноградную и затем использовать последнюю для получения энергии. В большинстве случаев это происходит при больших физических нагрузках, когда в кровь поступают значительное количество молочной кислоты из скелетных мышц и суммарно дает существенное количество энергии сердечной мышце.
Видео этапы, реакции гликолиза
Порог анаэробного обмена (ПАНО): что такое, как определить и как использовать
Лактатный порог или ПАНО – важный показатель для построения тренировочных планов в видах спорта на выносливость. Тренировки на уровне лактатного порога важны для повышения выносливости во всех циклических видах спорта. В статье рассказали простым языком, что такое ПАНО, как узнать свой лактатный порог и как использовать в тренировках.
Что такое ПАНО или лактатный порог
ПАНО (порог анаэробного обмена, лактатный порог) – нагрузка, при которой молочная кислота вырабатывается быстрее, чем успевает утилизироваться.
Лактат (или молочная кислота) имеет плохую репутацию, которая тянется еще 1970-х годов. Однако, она полезна для организма. Молочная кислота является источником энергии, а не только ограничителем работы мышц. Организм вырабатывает лактат при расщеплении глюкозы, во время нагрузки она снова перерабатывается в энергию, а побочные продукты утилизируются. Поэтому при балансе выработки и утилизации лактата организм может долго выдерживать нагрузку.
Когда выработка молочной кислоты превышает скорость утилизации, быстро наступает утомление. Организм переключается с преимущественно аэробного режима на анаэробный. Эту планку называют порогом анаэробного обмена или лактатным порогом. Конечно, химические процессы значительно сложнее, мы выразили только общую суть.
Другими словами ПАНО – то, что мы привыкли называть выносливостью. Самый быстрый темп, который возможен без превышения уровня лактата в крови. И чем выше лактатный порог, тем интенсивнее и дольше может работать организм.
Уровень ПАНО выражается в процентах от МПК или от максимальной ЧСС. При разном уровне физической подготовки ПАНО значительно отличается: у начинающих он находится на уровне 65-75% от максимальной ЧСС, у подготовленного спортсмена лактатный порог составляет около 85-95% от максимального пульса. Периодически замеряя лактатный порог, можно следить за эффективностью тренировок. Если порог растет – спортсмен прогрессирует, если снижается – нужно корректировать тренировочный план.
Как узнать свой лактатный порог
Самый точный метод определения ПАНО – измерение уровня лактата в крови. Ориентировочно анаэробный порог находится на уровне лактата более 4 ммоль/л. Также существует тест на газоанализаторе, где измеряется объем углекислого газа в выдыхаемом воздухе (так же определяется МПК ).
Данные тесты выполняются в лабораторных условиях и требуют финансовых затрат, что ограничивает их доступность. Мы обсудим более простые и бесплатные варианты тестов, которые каждый может провести самостоятельно:
Тест Конкони
Простой метод определить ПАНО, который можно проводить самостоятельно и бесплатно. Разработан итальянским врачом и физиологом Франческо Конкони. Тест не гарантирует точных лабораторных результатов, но позволяет узнать темп и пульс на уровне ПАНО. По нагрузке тестирование аналогично тяжелой тренировке, потому не стоит выполнять его на фоне усталости.
Тест можно выполнять на беговой дорожке или легкоатлетическом стадионе. Для теста понадобится пульсометр с функцией отсечек кругов. Если такой функции нет, подойдет самый простой пульсометр, а записывать данные попросите друга. Суть теста: бегать отрезки по 200 метров без остановки, увеличивая скорость каждого следующего отрезка. Всего таких отрезков может быть 10-16.
Перед тестом проведите разминку как перед соревнованиями. Бегите первые 200 м с постоянной скоростью легким бегом. В конце отрезка фиксируйте время и пульс. Каждые следующие 200 м увеличивайте темп примерно на 2-3 сек. После каждого отрезка фиксируйте пульс и время отсечками (круги) в часах или попросите друга.
Продолжайте бежать отрезки, увеличивать скорость и фиксировать данные пока не достигнете максимальной скорости.
На основе этих данных строится график зависимости ЧСС от времени. Он выглядит почти как прямая линия с отклонением в конце графика (подробности на видео). Точка отклонения – и есть уровень ПАНО. Скорость и ЧСС в этой точке соответствуют порогу анаэробного обмена. Тест Конкони можно проводить раз в месяц, чтобы следить за ростом результатов.
Метод Джо Фрила
Известный американский тренер по триатлону Джо Фрил, автор книг «Библия триатлета» и «Библия велосипедиста» описывает простой способ определения величины ПАНО. Тест дает нагрузку, сопоставимую с соревнованиями, поэтому не выполняйте его на фоне усталости.
Разомнитесь как перед соревнованиями. После разминки пробегите по ровной поверхности 30 минут в соревновательном темпе. Можно бежать на беговой дорожке, тогда выставляйте уклон +1%, чтобы имитировать реальные условия. Бежать необходимо с соревновательной скоростью и держать ее на одном уровне до конца теста. Через 10 минут после старта начните фиксировать ЧСС.
Ваш уровень ПАНО будет определяться среднем значением пульса за последние 20 минут гонки.
Беговой калькулятор
Калькулятор с сайта mcmillanrunning . Самый простой, но менее точный метод. В верхнее поле калькулятора нужно ввести целевую дистанцию и результат, которого хотели бы достичь. Во второй строке введите дистанцию и результат последнего бегового старта. Затем введите свою почту и нажмите «calculate my paces».
Появится таблица с расчетами темпа на разные дистанции в текущей форме и такие же расчеты для целевого результата. Покатель vLT покажет темп ПАНО, показатель vVO2 – темп МПК. Таблица по умолчанию считает в милях, в правом верхнем углу есть переключатель на километры.
Как повысить лактатный порог
Высокий анаэробный порог позволяет дольше поддерживать соревновательную скорость. Поэтому, чтобы показывать хорошие результаты и прогрессировать в беге на длинные дистанции, стремитесь повысить свой ПАНО.
У начинающих ПАНО поднимается даже на обычных тренировках низкой и средней интенсивности, главное – регулярность занятий. Опытным атлетам для поднятия анаэробного порога нужно проводить специальные тренировки – темповые и интервальные тренировки на уровне ПАНО или на 5% ниже. Проводите тренировки на лактатном пороге не более 1-2 раз в неделю, чтобы избежать перетренированности. Общий объем тренировок на уровне ПАНО должен составлять 10-15% от общего недельного объема.
Примеры тренировок, повышающих ПАНО. Все тренировки выполняются без остановки!
- Интервалы от 400 метров до 5 км через отдых легким бегом 200-600 метров, количество интервалов может быть от 2 до 20 в зависимости от длины отрезков и уровня подготовки
- Темповый бег 20-60 минут на уровне ПАНО
- Темповые отрезки в небольшой подъем
Видео о ПАНО и его развитие
Энергетический обмен
Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.
Энергетический обмен
Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.
Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).
Процесс предварительной подготовки осуществляется с помощью ферментов в желудочно-кишечном тракте. В результате работы этих ферментов сложные соединения преобразуются в более простые: полимеры делятся на мономеры. Этот процесс сопровождается разрушением химических связей и выделением энергии, основная часть которой рассекается в форме тепла.
Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.
Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.
Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.
Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).
Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.
АТФ — аденозинтрифосфорная кислота
Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда "∽".
Метаболизм
АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.
В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.
Эта публикация принадлежит Юрию Сергеевичу Беллевичу и охраняется авторским правом. Любое копирование, распространение (включая размещение на других веб-сайтах и платформах) или любое другое использование данных и материалов без получение согласия владельца нарушает закон. Для запроса доступа к материалам статьи и получения разрешения на их использование, пожалуйста, свяжитесь с Беллевичем Юрием.
