В процессе физической активности ваше тело активирует разнообразные метаболические пути для обеспечения мышц энергией. В этой статье мы рассмотрим аэробный и анаэробный метаболизм, принципы их работы и то, как это влияет на ваши тренировки.
Основы метаболизма
Метаболизм представляет собой совокупность биохимических процессов, с помощью которых организм расщепляет питательные вещества для создания соединений, используемых клетками в качестве источника энергии и для поддержания жизнедеятельности. В процессе переваривания пищи выделяются ферменты, которые расщепляют ее на сахара, белки и жиры. Затем каждая клетка тела может усваивать эти компоненты и использовать их в аэробных или анаэробных метаболических реакциях для производства аденозинтрифосфата (АТФ) – основного источника энергии для клеток.
Общий метаболизм охватывает широкий спектр процессов, включая сокращение мышц, дыхание, кровообращение, терморегуляцию, пищеварение, выведение отходов и функционирование мозга и нервной системы.
Калории, полученные с пищей, преобразуются в энергию внутри каждой клетки. Частота сжигания калорий определяется скоростью метаболизма. Во время тренировок ускоряется обмен веществ не только в мышцах, но и в дыхательной и сердечно-сосудистой системах. Для обеспечения мышц кислородом и питательными веществами необходимо учащенное дыхание и сердцебиение. Также организм активизирует механизмы терморегуляции, например, потоотделение, чтобы предотвратить перегрев.
Типы обмена веществ
В организме человека существует два основных вида метаболизма, предназначенных для преобразования питательных веществ (продуктов питания) в энергию.
Аэробный метаболизм
Аэробный метаболизм предполагает выработку энергии посредством окисления углеводов, аминокислот и жиров с использованием кислорода. Этот процесс обеспечивает энергией различные функции организма, включая физические нагрузки, такие как ходьба, бег или езда на велосипеде при умеренной интенсивности.
Анаэробный метаболизм
Анаэробный метаболизм позволяет организму генерировать энергию путем расщепления углеводов без участия кислорода. Этот механизм активируется в ситуациях, когда поступление кислорода к мышцам оказывается недостаточным для удовлетворения их энергетических потребностей, например, во время спринта, интенсивной езды на велосипеде или поднятия тяжестей.
В условиях дефицита кислорода в крови неполное расщепление глюкозы и гликогена приводит к образованию молочной кислоты, которая накапливается в мышечной ткани и снижает ее функциональность.
В процессе физической активности и во время занятий спортом, требующих быстрых рывков, спринтов, а также продолжительного бега, например в футболе, теннисе или баскетболе, организм человека постоянно переходит между аэробным и анаэробным типами метаболизма.
Анаэробный vs аэробный метаболизм
Эффективность анаэробного метаболизма значительно ниже по сравнению с аэробным процессом. В ходе анаэробного расщепления одной молекулы глюкозы образуется всего три молекулы АТФ, в то время как при аэробном метаболизме из одной молекулы глюкозы получается 39 молекул АТФ – вещества, обеспечивающего энергией мышечные волокна.
Анаэробный метаболизм способен использовать исключительно глюкозу и гликоген, тогда как аэробный процесс позволяет расщеплять жиры и белки. Для активации анаэробного обмена веществ и подпитки мышц необходимы интенсивные физические нагрузки с частотой сердечных сокращений, превышающей 85% от максимального значения.
Спортивные программы и комплексы упражнений создаются с целью оптимального использования как аэробного, так и анаэробного метаболизма.
Анаэробный метаболизм и молочная кислота
Образование молочной кислоты является следствием анаэробного гликолиза и анаэробного обмена веществ, которые активируются во время интенсивной физической активности. Хотя сердце использует эту кислоту в качестве источника энергии, избыточное ее скопление в мышечных тканях препятствует нормальной сократимости мышц, что ограничивает возможность достижения максимальной производительности.
При умеренной физической нагрузке организм способен удалять молочную кислоту из мышечных волокон. Однако при интенсивных сокращениях мышц она начинает накапливаться. По мере увеличения концентрации молочной кислоты в тканях ощущается жжение, что приводит к чувству усталости. Это часто наблюдается при силовых тренировках, но может возникать и во время бега или езды на велосипеде, спринта или подъема на возвышенность. В таких ситуациях необходимо снизить интенсивность нагрузки, чтобы дать мышцам возможность восстановиться и вывести молочную кислоту из клеток. Далее печень перерабатывает эту кислоту в глюкозу для использования в качестве топлива, тем самым замыкая цикл.
Что происходит во время анаэробных упражнений
Как уже отмечалось ранее, анаэробный метаболизм приводит к образованию молочной кислоты, которая может накапливаться в мышцах до такой степени, что возникает ощущение «жжения». Данное ощущение является обычным следствием анаэробного обмена веществ.
Мышечные волокна, способные к быстрому сокращению, в большей мере полагаются на анаэробный метаболизм, но при этом быстрее подвергаются утомлению. Тренировки с высокой интенсивностью трансформируют привычные аэробные упражнения, например бег на длинные дистанции, в анаэробные. Анаэробный обмен веществ становится необходимым условием при превышении 90% от максимальной частоты сердечных сокращений.
Специальные тренировочные программы позволяют корректировать уровень образования молочной кислоты, известного как лактатный порог. Спортсмены нередко применяют такие методики для повышения своих спортивных показателей, используя интервальные или непрерывные нагрузки с целью достижения этого порога.
Концентрация лактата в организме обычно находится в диапазоне от 50 до 80% максимального потребления кислорода (VO2 max). У высококлассных спортсменов этот показатель может быть и выше, что позволяет им демонстрировать большую физическую активность. Важную роль также играет правильное питание для поддержания запасов гликогена в мышцах.
Аэробный метаболизм и энергия
В процессе аэробного метаболизма организм человека использует глюкозу для производства молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Именно АТФ обеспечивает энергией работу мышц. В отличие от него, анаэробный метаболизм, который используется при интенсивных сокращениях мышц, производит значительно меньше молекул АТФ на одну молекулу глюкозы и, следовательно, является менее эффективным способом получения энергии.
Аэробный метаболизм является составной частью клеточного дыхания и предполагает выработку энергии клетками посредством гликолиза, цикла лимонной кислоты и переноса электронов/окислительного фосфорилирования.
Для обеспечения энергии на протяжении дня и поддержания жизнедеятельности клеток, мышц и органов организм применяет аэробный метаболизм. Именно поэтому существует базальный обмен веществ – уровень расхода калорий, необходимый для нормального функционирования организма, в дополнение к калориям, сжигаемым во время физической активности. Даже в состоянии покоя живой организм непрерывно потребляет определенное количество энергии.
Аэробный метаболизм объясняет необходимость поступления кислорода, который переносится гемоглобином крови и поглощается легкими для доставки к тканям организма. Этот кислород используется в процессе аэробного метаболизма для окисления углеводов: атомы кислорода впоследствии связываются с углеродом, образуя молекулу углекислого газа.
В результате аэробного метаболизма углеводов образуются только углекислый газ и вода. Эти продукты жизнедеятельности выводятся из организма посредством дыхания, потоотделения и мочеиспускания.
По сравнению с анаэробным метаболизмом, который приводит к образованию молочной кислоты, побочные продукты аэробного метаболизма легче выводятся из организма, что объясняет отсутствие выраженной болезненности в мышцах после физических нагрузок.
Аэробная нагрузка предполагает занятия с частотой сердечных сокращений, не превышающей 85% от максимального значения, и характеризуется отсутствием интенсивных мышечных усилий. В ходе таких тренировок организм способен поддерживать постоянный энергетический баланс благодаря расщеплению углеводов и жиров посредством аэробного метаболизма.
При занятиях умеренной интенсивности дыхание остается достаточным, а потребность мышц в АТФ – низкой и устойчивой, что позволяет организму использовать гликоген для производства глюкозы и высвобождать накопленные жировые запасы для получения энергии. Также возможно использование углеводов до того, как будут полностью израсходованы имеющиеся резервы.
Ходьба в быстром темпе является одним из наиболее доступных видов аэробной нагрузки: при ней дыхание становится более затрудненным, но все еще позволяет поддерживать разговор. Ежедневная 30-минутная тренировка с быстрой ходьбой может соответствовать рекомендуемому уровню физической активности для поддержания здоровья.
К аэробным видам тренировок относятся бег, езда на велосипеде, гребля, плавание, катание на лыжах, а также занятия на кардиотренажерах, таких как эллиптические тренажеры, степперы, гребные и лыжные установки.
Для кардионагрузки можно попробовать танцы. Эти тренировки могут быть как умеренными, так и высокоинтенсивными, сохраняя при этом аэробный характер, если частота сердечных сокращений не превышает 85% от максимального значения.
Несмотря на то, что йога и тай-чи используют аэробный метаболизм, они обычно не приводят к достаточному повышению частоты сердечных сокращений, чтобы их можно было классифицировать как упражнения средней интенсивности.
Если ваша задача – снижение веса посредством физической активности, то аэробный метаболизм будет полезен, поскольку он способствует высвобождению жира из жировых отложений и его последующему сжиганию для обеспечения энергией мышц. Кроме того, он помогает сжигать доступные и накопленные сахара (углеводы), предотвращая их преобразование в жир.
Продукты питания, которые вы употребляете, служат восполнением ваших энергетических ресурсов. Если потребление калорий не превышает затраченные, то избыточные калории не будут откладываться в виде жира. Однако физические упражнения способствуют увеличению мышечной массы, поэтому при потере веса возможно одновременное наращивание мускулатуры.