2. Потребление кислорода и кислородный долг

Термин потребление кислорода обозначает количество О₂, поглощенное организмом в течение определенного отрезка времени (обычно в течение 1 мин). В покое и при умеренной мышечной деятельности, т. е. когда ресинтез АТФ основывается только на аэробных процессах (окислительное фосфорилирование), потребление О₂ соответствует кислородному запросу организма.

По мере увеличения интенсивности деятельности (например, при повышении мощности мышечной работы) для достаточно эффективного ресинтеза АТФ включаются анаэробные процессы. Это обусловлено не только тем, что не удается снабжать работающие мышцы кислородом в достаточной мере. В основном это связано с тем, что окислительное фосфорилирование относительно медленный процесс и он не успевает при напряженной мышечной деятельности обеспечить достаточную скорость ресинтеза АТФ. Поэтому и необходима активация более быстрых анаэробных процессов. В связи с этим после окончания работы возникает необходимость поддерживать потребление О2 в течение определенного отрезка времени на повышенном уровне, чтобы ресинтезировать затраченные количества креатинфосфата и устранить молочную кислоту. Термин «кислородный долг» был предложен английским ученым А. Хиллом для обозначения количества кислорода, которое необходимо дополнительно потре­бить после окончания работы, чтобы за счет окислительного фосфорилирования покрыть расходы анаэробных энергетических процессов.

Кислородный запрос при работе, таким образом, состоит из суммы потребления О₂ во время работы и кислородного долга.

Необходимость в анаэробных процессах возникает почти всегда в начале мышечной работы, так как расходование АТФ увеличивается более быстро, чем развертывается окислительное фосфорилирование. Поэтому ресинтез АТФ в самом начале мышечной работы обе­спечивается за счет анаэробных процессов. Это приводит к кислородному дефициту вначале работы, который необходимо покрыть за счет дополнительного усиления окислительных процессов после окончания работы или же во время самой работы. Последнее возможно при длительной работе умеренной мощности.

Кислородный долг включает два компонента (Р. Маргария):

а) алактатный кислородный долг — это количество О₂, которое необходимо затратить для ресинтеза АТФ и КФ и пополнения тканевого резервуара кислорода (кислород, связанный в мышечной ткани с миоглобином);

б) лактатный кислородный долг — это количество О₂, которое необходимо для устранения накопленной во время работы молочной кислоты. Устранение молочной кислоты заключается в окислении одной ее части до Н₂О и СО₂ и в ресинтезе гликогена из остальной части.

Алактатный кислородный долг устраняется на первых минутах после окончания работы. Устранение лактатного кислородного долга может продолжаться 30 мин и больше.

3. Добавочный расход энергии

Другую группу энергетических затрат составляют расходы на выполнение любых актов жизнедеятельности. В итоге это составляет добавочный (к основному) расход энергии.

Заметный рост расхода энергии отмечается через час после приема пищи. Он достигает своего максимума спустя 3 часа. Затем повы­шенный уровень энергетических затрат поддерживается еще в тече­ние нескольких часов. Такое влияние приема пищи на расход энер­гии получило название специфически-динамическое действие пищи. Оно наиболее значительно при белковой пище — энергетические затраты увеличиваются на 30%, а при питании жирами и углеводами – на 4-15%. Обычная смешанная пища усиливает расход энергии на 150-200 ккал.

Добавочный расход энергии обусловливается поддержанием позы и постоянства температуры тела (вне зоны комфорта). При низкой температуре окружающей среды окислительные процессы могут в 3-4 раза превышать уровень основного обмена. В положении сидя расход энергии повышается на 5-15%, а в положении стоя – на 15-30% по сравнению с положением лежа. Выполнение разных бытовых действий увеличивает рас­ход энергии на 30-60% по сравне­нию с уровнем основного обмена. Энергетические затраты несколько усиливаются при умственной деятельности. Если она связана с эмо­циональным напряжением, энер­гетические затраты составляют до 40-90% от основного обмена.

Добавочный расход энергии, обусловленный профессиональной работой, зависит от характера, тяжести и условий работы, от уро­вня рабочих навыков и, особенно, от характера психической напря­женности и элементов физического труда. По общему суточному расходу энергии представители разных профессий разделяются на 4 группы.

Большинство физических уп­ражнений, применяемых в спор­те, связано с большим расходом энергии. Однако время их выполнения ограничено секун­дами или минутами. Даже при 2-3-разовых занятиях в день время, затраченное на выполнение упражнений с большим расходом энергии, относительно невелико. Поэтому суточный расход энергии не превышает у спортсменов 4500-5000 ккал и лишь в отдельных редких случаях доходит до 6000 ккал.

Коэффициент полезного дей­ствия. При постепенном увеличении мощности мышечной работы или скорости движения расход энергии увеличивается, но не ли­нейно. При высоких мощностях работы или больших скоростях движения расход энергии возраста­ет более резко.

Энергетическая стоимость разных работ различна и зависит от их характера и условий выполне­ния. Выраженное в процентах от­ношение механической (полезной) энергии ко всей энергии, затра­ченной на работу, называется коэффициентом полезного действия или механической эффек­тивностью работы. Коэффициент полезного действия можно вычислить по формуле: где А – энергия, непосредственно затраченная на механическую работу (ккал), С – общий расход энергии (ккал) и е – расход энергии в состоя­нии покоя за период, равный длительности работы.

При мышечной работе человека коэффициент полезного действия колеблется от 15 до 30%. Исключением является спортивное плавание, отличающееся особо низким коэффициентом полезного действия.