Что такое гликоген и как он влияет на производительность бегуна?

Энергетические субстраты

Источником энергии для работающих мышц являются молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), распадающиеся до аденозиндифосфата (АДФ). Их запаса хватает на 1-2 секунды сократительной активности. Чтобы продолжать выполнять мышечную работу, организму необходимо превратить АДФ обратно в АТФ, для этого могут быть использованы следующие субстраты:

  • креатинфосфат
  • глюкоза
  • жирные кислоты

Субстраты перечислены в порядке убывания по количеству запасов и скорости образования АТФ при их использовании. Креатинфосфат необходим в самом начале физической активности, когда ещё не активированы другие источники энергии, его хватает всего на 5-10 секунд работы. Запасов глюкозы в организме больше – 300-500 г в форме гликогена, запасов жиров ещё больше, они исчисляются килограммами.

Однако добыча энергии из жиров – очень медленный процесс, поэтому профессиональные спортсмены и хорошо тренированные любители уделяют много времени обучению своего организма быстрее добывать энергию из жиров, но это тема для отдельной статьи. В этой статье я хочу поговорить о глюкозе.

Глюкоза

Глюкозу, в отличие от жиров, наш организм умеет использовать очень эффективно. Пополнение запасов АТФ с помощью глюкозы происходит двумя способами – с участием кислорода (аэробный гликолиз) и без кислорода (анаэробный гликолиз выполняется с более высокой скоростью, чем аэробный). Но запасы глюкозы, как уже говорилось выше, ограничены.

Глюкоза поступает в организм с пищей, причем не только со сладостями (простые углеводы), но и в виде сложных углеводов – крахмалов из круп, бобовых и орехов. А также используются запасы глюкозы, сделанные нашим организмом заранее. Эти запасы хранятся, как и у растений, в виде крахмала, но у млекопитающих этот крахмал называется гликоген.

Гликоген — это сложный углевод, состоящий из множества остатков молекул глюкозы

Молекула гликогена имеет более разветвленную структуру, чем крахмал, и содержит меньше молекул глюкозы. Гликоген запасается в мышцах и печени. Когда глюкоза не поступает в кровоток из пищи, запускается процесс распада гликогена до глюкозы – гликогенолиз. Работающие мышцы берут глюкозу непосредственно из гликогена, содержащегося в них же самих.

Гликоген, запасенный в печени (100-120 г у взрослого человека), расходуется на поддержание постоянного уровня глюкозы в крови. Но запасы эти отнюдь не безграничны, и хватает их в среднем на 2 часа. Как только запасы гликогена подходят к концу, появляется тяжесть в мышцах и падает работоспособность.

Тренировочные планы к марафону и полумарафону. Скачайте и начните подготовку сегодня.

Глюкоза просто необходима клеткам нашего мозга. Они захватывают глюкозу непосредственно из кровотока (без участия инсулина, как это делают миоциты и остальные клетки тела), процесс этот практически постоянный, поэтому при падении уровня глюкозы в крови мозг начинает «бить тревогу» – появляются слабость, головокружение и острое желание съесть что-нибудь сладкое.

Ограниченность запасов гликогена (по сути глюкозы) обеспечивает марафонцу неминуемую встречу с «марафонской стеной».

Резюме: чтобы работать, мышцам необходимо восстанавливать АТФ из АДФ, используя глюкозу, которая хранится в виде гликогена в мышцах и печени.

Питание на марафоне и марафонская стена

Роль гликогена

Мышечный гликоген — это не только источник энергии, но также и регулятор сигнальных путей, участвующих в тренировочной адаптации и влияющим на внутриклеточную осмоляльность. Измерение запасов гликогена в мышцах возможно благодаря методике мышечной биопсии.

Факторы, влияющие на запасы гликогена 

Запасы гликогена в печени и мышцах уменьшаются при физической нагрузке: чем дольше и интенсивнее активность, тем больше скорость и общее снижение запасов гликогена. Богатая углеводами диета приводит к постепенной суперкомпенсации запасов мышечного гликогена. 

Рисунок 1. Метаболизм гликогена в состоянии покоя и во время упражнений

Сокращение запасов гликогена в мышцах, которое происходит во время упражнений, является основным движущим фактором для последующего гликогенеза. После тренировки восстановление мышечного гликогена происходит в два этапа. 

На первом этапе синтез гликогена быстрый — 12-30 ммоль/г массы/ч, — не требуется инсулин и длится он 30-40 минут, если истощение гликогена значительное. Вторая фаза зависит от инсулина и протекает медленнее при эугликемии — 2-3 ммоль/г массы/час, — скорость которой может быть увеличена при дополнительном потреблении углеводов. 

Во время многих упражнений высвобождение инсулина притупляется, а адреналин выделяется надпочечниками. Скорость деградации гликогена (гликогенолиза) зависит от интенсивности упражнений. 

Измерение концентрации гликогена 

У тренированных и сытых спортсменов концентрация гликогена в мышцах составляет примерно 150 ммоль/кг массы после, по крайней мере, 8-12 часов отдыха. Она может достигать уровней 200 ммоль/кг массы у хорошо подготовленных, отдохнувших спортсменов после нескольких дней на высокоуглеводных диетах, а после длительных интенсивных тренировок гликоген в мышцах может упасть до <50 ммоль/кг массы. 

Когда гликоген в мышцах падает до <70 ммоль/кг массы, нарушается высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. На рисунке 2 показано, как уровни мышечного гликогена могут меняться в течение 4 дней тяжелых тренировок, за которыми следуют 2 дня тренировок в среднем темпе.

Рисунок 2. Изменение уровней гликогена в мышцах

Поскольку ресинтез мышечного гликогена является относительно медленным процессом, спортсмены обычно тренируются со средними запасами мышечного гликогена. Всякий раз, когда запасы гликогена в мышцах уменьшаются в результате физической активности, потребление адекватного количества углеводов требуется для восстановления гликогена до нормального уровня или выше (суперкомпенсация). 

Для полного восстановления гликогена в течение 24 часов, как правило, требуется скорость 5-6 ммоль/кг массы/час. 

Запасы гликогена

У спортсменов, которые тренируются большую часть дня, скорее всего, запасы мышечного гликогена редко полностью восполняются. Sherman с коллегами обнаружили различия между участниками, которые на протяжении 7 дней тренировок придерживались умеренной или высокоуглеводной диеты. Запасы гликогена на должном уровне сохранялись при высокоуглеводной диете, тогда как у тех, кто придерживался умеренно-углеводной диеты, количество гликогена было снижено на 30-36%.

Время потребления углеводов после физической активности очень важно во время тренировок и соревнований, требующих больших усилий в течение одного дня. Если двухчасовая тренировка снижает содержание гликогена в мышцах на 75 ммоль/кг массы, и у спортсмена есть 6 часов отдыха перед следующей тренировкой, то 1,0-1,2 г углеводов/кг массы тела в час теоретически восстанавливают 80% окисленного гликогена. 

Если гликоген падает до 40 ммоль/кг веса, а достаточное количество углеводов с высоким гликемическим индексом принимается сразу после тренировки и с 30-минутными интервалами, то запасы гликогена могут полностью восстановиться через 4 или 5 часов. С другой стороны, если гликоген снизился до 150 ммоль/кг веса, для полного восстановления может потребоваться около 24 часов, поскольку максимальная скорость синтеза гликогена (10 ммоль/кг веса/час) поддерживается только приблизительно в течение 4 часов. 

Пить углеводы – хорошая стратегия

Если вы участвуете в соревнованиях, длящихся около часа, достаточно просто прополоскать рот подслащенной водой, и вы почувствуете прилив сил. Если же вы бежите (плывёте или крутите педали) дольше 2 часов, лучше употреблять изотоники (напитки, содержащие от 4 до 8 г углеводов на 100 мл воды).

Необходимо обеспечить поступление не менее 30 г углеводов в час, количество это может быть увеличено в зависимости от продолжительности и интенсивности физической нагрузки.

Если ваш марафон длится более 3 часов, и вы интенсивно работаете, потребление углеводов должно быть увеличено до 90 г в час. Но скорость усвоения углеводов из кишечника ограничена. В кровоток попадет не более 60 г одного вида моносахарида (глюкозы, фруктозы и др.) за час, остальное просто выведется. Поэтому, чтобы получить больше 60 г углеводов в час, используйте смеси моносахаридов, это могут быть как гели, изотоники, так и просто сухофрукты.

Стратегию употребления углеводов – сколько и в каком виде – необходимо отработать на тренировках, так как некоторые продукты вызывают у спортсменов ощущение переполнения, вздутие живота и даже диарею. Любой из этих неприятных моментов снизит вашу эффективность.

Гидратация

Можно употреблять углеводы с помощью изотоников, таким образом обеспечив организм жидкостью. Если же вы предпочитаете углеводные гели, батончики или сухофрукты, необходимо добавить водный компонент.

При потери жидкости более 2% от массы тела (при весе 70 кг это 1,4 кг) снижается выносливость и ухудшаются процессы охлаждения, то есть может начать расти температура тела. Жажда очень ненадежный помощник в борьбе с обезвоживанием (дегидратацией), так как ощущение жажды проходит при восполнении 2/3 объема потерянной жидкости. А этого недостаточно, особенно при участии в продолжительном марафоне.

Если восполнять потерю жидкости только водой, будет происходить уменьшение концентрации натрия в крови. Ориентируясь на концентрацию именно этого электролита, мозг даёт сигнал, что пора пополнить запасы жидкости.

Чем выше концентрация натрия в крови, тем больше человеку хочется пить. Когда натрий теряется с потом и спортсмен восполняет потери жидкости водой, концентрация его снижается, и чувство жажды быстро отступает, но организм при этом может остро нуждаться в жидкости.

Дегидратация обладает накопительным эффектом. Незначительное обезвоживание может длительное время оставаться без внимания, накапливаться и проявиться при более интенсивной тренировке или длительных соревнованиях значительным снижением выносливости (до 20-30%).

Если после тренировки вы ощущаете усталость, головную боль, отмечаете потерю аппетита или тошноту, значит потребление жидкости недостаточное. Не забывайте пить перед, во время и после тренировки. Однако и употребление большого количества жидкости, особенно воды, может приводить к гипонатриемии (уменьшению концентрации натрия в крови), так называемому «отравлению водой».

Это жизнеугрожающее состояние диагностируется только с помощью лабораторного исследования крови, соответственно экстренную медицинскую помощь на месте оказать очень сложно. Из этой информации легко можно сделать вывод, что на длительных соревнованиях (особенно в жарком климате) и после тренировок лучше использовать изотоники с добавлением небольшого количества натрия, причем можно делать их самостоятельно на свой вкус.

Что собой представляет гликолиз?

Под гликолизом понимается процесс распада одной молекулы глюкозы, в результате чего энергией «заряжается» две молекулы АТФ. Он осуществляется в саркоплазме, и в нем принимают участие 10 специфических ферментов.

Гликолиз может быть анаэробным, то есть потребление кислорода не требуется и аэробным – с потреблением кислорода. К примеру, при высокоинтенсивных нагрузках (бодибилдинг, силовые тренировки) происходит анаэробный гликолиз, в результате чего образуется молочная кислота. Динамические нагрузки (плавание, бег) способствуют аэробному гликолизу.

Справка! Аэробное окисление эффективнее анаэробного в 19 раз.

Этапы гликолиза

Гликолиз протекает в несколько этапов:

  1. Подготовительный – сложные органические соединения расщепляются до простых, а именно – молекулы белка до аминокислот, углеводы до глюкозы, жиры до карбоновых кислот и глицерина, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. Органические соединения распадаются под воздействием ферментов ЖКТ или же при участии лизосомных ферментов.                                                                                                                                                                                                                                    Энергия, которая высвобождается при этом процессе преобразуется в тепло и рассеивается, амолекулы могут продолжать расщепляться или используются в качестве строительного материала.
  2. Бескислородное окисление (непосредственно гликолиз) сопровождается продолжением расщепления органики, которая образовалась в ходе первого этапа. Этот процесс протекает в клеточной цитоплазме и в кислороде не нуждается. Основной поставщик энергии – это глюкоза в клетке. Поэтому бескислородный распад глюкозы называют гликолизом. Когда электроны утрачиваются, процесс называется окислением, а когда приобретаются – восстановлением.                                                                                                                                                                                                                                                                               Гликолиз – процесс многоступенчатый и состоит из 10 реакций. Цепочка ферментативных процессов приводит к тому, что глюкоза преобразуется в две молекулы пировиноградной кислоты, а также образуется две молекулы АТФ. Дальше происходит молочнокислое брожение, и из пировиноградной кислоты появляется молочная. Гликолиз одной молекулы глюкозы высвобождает 200 кДж, из них 80% накапливается в АТФ, а остальное исчезает.
  3. Кислородное окисление (дыхание)происходит при обязательном участии кислорода. Процесс идет в митохондриях, пировиноградная кислота расщепляется полностью – отщепляется водород и углекислый газ. Образуется двухуглеродная ацетильная группа, и именно она начинает цикл реакций Кребса – дальнейшее окисление. Каждая молекула пировиноградной кислоты удаляет из митохондрии 3 молекулы СО2, образует 5 атомов водорода и одну молекулу АТФ.                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Заключительным этапом является окисление водорода при участии кислорода до воды. Водород утрачивает электроны, которые соединяются с кислородом. Оставшиеся протоны помещаются в «протонный резервуар» — межмембранное пространство, когда разница потенциалов внутренней мембраны достигает определенных значений, образуется АТФ. Таким образом окисление 12 пар атомов водорода обрадуют 34 молекулы АТФ.

Что в процессе гликолиза при нагрузках образуется в мышцах?

Некоторые специалисты считают, что у спортсменов, которые испытывают большие нагрузки, гликолиз в мышцах многократно усиливается. Накопленный гликоген активизируется специальными стимулами (нервными и гормональными). Известный гормон адреналин способен существенно повлиять на ускорение процесса преобразования гликогена в АТФ.

Во время существенных нагрузок в основном задействуются промежуточные и красные мышечные волокна. Поскольку в красных больше митохондрий, активность окислительных ферментов в них выше, это значит, что обеспечивается аэробное снабжение мышц энергией при нагрузках.

Гликоген, который также активно используется при нагрузках в условиях кислородного голодания вкупе с жирами является главным эндогенным субстратом при существенной и длительной нагрузке. Жиры и гликоген запасаются в промежуточных и красных волокнах.

Справка! По эффективности высвобождения энергии жиры уступают гликогену. Жиры, окисляясь, образуют 5,6 моль АТФ.

Как правильно использовать энергетический обмен в тренировках?

В начале тренировки потребность организма в энергии больше, чем уровень синтеза АТФ. Углеводы сжигаются анаэробно, в результате чего выделяется молочная кислота, и АТФ освобождается быстрее, но в меньшем объеме. Также быстрым поставщиком энергии является креатин фосфат, который в небольших количествах содержится в тканях мышц, но запасов этого вещества хватает всего на несколько секунд взрывной работы. Таким образом, креатин фосфат может покрыть кратковременный дефицит АТФ.

Когда тренировка продолжается, организм запускает аэробный механизм, то есть использование кератина фосфата прекращается. Жирные кислоты становятся доступными для мышц, кроме того, за счет окисления жиров увеличивается степень восстановления АТФ.

Чрез 5-15 минут после тренировки потребность АТФ стабилизируется, и, если темп тренировки относительно ровный, синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов.

Спортсменам надо знать, что есть факторы, которые ограничивают запасы энергии во время тренировки:

  1. Длительность занятий – сначала энергетический выброс поддрерживается креатин фосфатом, затем организм использует гликоген. Но если тренировка долгая, гликоген заканчивается и тогда энергетическими источниками становятся жиры.
  2. Тип тренировки – при занятиях спортом, где высокая активность сменяется низкими нагрузками (баскетбол, футбол, хоккей) организм поочередно использует гликоген и креатин фосфат, давая возможность восстанавливать их запасы.
  3. Тренированность организма – чем выше физическая подготовка, тем больше способность к окислению и тем экономнее расходуются энергетические запасы.
  4. Правильное питание — спортсменам рекомендуется углеводная пища, но для того, чтобы в организм поступило 500 г углеводов необходимо очень много съесть, поэтому многие предпочитают принимать углеводные добавки.

Гликолиз – это процесс без которого полноценная жизнедеятельность организма невозможна. После того как ученые детально изучили особенности гликолиза, стало понятно как именно протекают энергетические процессы и появилась возможность изучать и лечить некоторые заболевания

Какие углеводы употреблять?

Это должны быть продукты с низким гликемическим уровнем, то есть, сложные углеводы. Считается, что следует избегать фруктозу — она не вредна, но не очень эффективна, так как способствует выработке инсулина в меньшей степени. Категорически не следует употреблять после тренировок сахар, а также обедать фаст-фудом и жирной пищей вообще (включая, например, 5%-й творог). Также после тренировки на пару часов забудьте о чае и кофе — кофеин влияет на уровень инсулина и тем самым блокирует восстановление гликогена. Дело в том, что глюкоза, находящаяся в организме, превращается в гликоген именно под влиянием инсулина.

Идеальное сочетание углеводов для приема после тренировок — это мальтодекстрин и декстроза в соотношении 1:1. Эти углеводы содержатся во многих спортивных добавках. Конечно, принимать их совсем не обязательно — можно обойтись привычной пищей. Существуют медицинские исследования, утверждающие, что правильный обед после физической нагрузки должен содержать 80% белков и 20% углеводов. Это может быть, к примеру, филе индейки с цельнозерновой кашей или хлебцами.

Что касается питания до тренировок, то принять пищу следует за 30-40 минут до занятия. Еда должна быть легкой, например, кефир, йогурт, фрукты или мюсли. Никогда не следует заниматься на голодный желудок — организм быстро истощит запасы энергии.

Источники

  • https://marathonec.ru/glukoza-glikogen/
  • https://cmtscience.ru/article/osnovymetabolizma-glikogena
  • https://mybegom.com/nachinajushhim/pro-beg/glikoliz-kak-energeticheskij-obmen-v-myshcah.html
  • https://theoryandpractice.ru/posts/10530-science-of-fitnes

[свернуть]