Энергия движения: что использует организм во время физической нагрузки

Наш организм — это уникальный биологический механизм, функционирование которого, как и любой системы, зависит от наличия источников энергии. В отличие от автомобиля, которому требуется один вид топлива, человеческое тело способно задействовать разные энергетические ресурсы — в зависимости от интенсивности активности, текущего состояния и доступных нутриентов. Поговорим о том, какие виды "топлива" использует организм во время тренировок и как на этот выбор влияет питание.

Откуда всё началось

Интерес к изучению энергетических процессов в теле человека возник ещё в XIX веке. Первым шагом стало изобретение переносного газоанализатора немецким физиологом Натаном Цунцем в 1890-х — он позволил фиксировать потребление кислорода во время движения. Это стало отправной точкой в изучении метаболизма в реальном времени.

Следующим значимым этапом стали работы А.В. Хилла и Отто Мейергофа в 1920-х годах, за которые они получили Нобелевскую премию. Их исследования мышечного метаболизма заложили основу нашего современного понимания выработки энергии при нагрузках.

Научный прорыв в этой области произошёл в 1960-х, когда появился метод непрямой калориметрии, позволивший точно определять долю кислорода и углекислого газа и оценивать, какие именно вещества сжигает организм при разных уровнях активности.

Организм в первую очередь использует три вида энергетических ресурсов: углеводы, жиры и белки. Каждый из них активируется в определённых ситуациях и имеет свои плюсы и минусы.

Углеводы: быстрый, но ограниченный ресурс

Наиболее предпочтительный источник энергии при высокой интенсивности — углеводы. Они запасаются в виде гликогена в мышечной ткани и печени, а при необходимости быстро превращаются в глюкозу.

Плюсы:

моментальное высвобождение энергии;
оптимальны при высоких нагрузках;
не требуют кислорода для начального этапа расщепления.

Минусы:

ограниченный объём запасов (около 500 г гликогена);
при интенсивной активности истощаются за 1–2 часа.

Согласно данным журнала Journal of Applied Physiology (1993), на нагрузке 65–75% от максимального потребления кислорода именно углеводы обеспечивают до 60% энергии в течение первых двух часов.

Жиры: энергоёмкий, но медленный источник

Жиры — это наиболее ёмкий по калориям источник. Даже у людей с низким процентом жира его запасов достаточно для обеспечения работы тела на протяжении нескольких суток.

Плюсы:

энергетическая плотность (до 50 000 ккал);
актуальны при умеренных и низкоинтенсивных нагрузках.

Минусы:

медленная мобилизация энергии;
для расщепления требуется значительное количество кислорода.

При длительных нагрузках на уровне 60% от VO2max доля энергии, получаемой из жиров, может доходить до 70–80% (данные экспериментов 1990-х годов).

Белки: топливо последнего резерва

Белки редко используются организмом как первичный энергетический ресурс, но при особых условиях (длительная нагрузка, дефицит углеводов) они также могут участвовать в энергообеспечении.

Плюсы:

при необходимости участвуют в синтезе глюкозы (глюконеогенез);
поддерживают мышечную массу в условиях стресса.

Минусы:

менее эффективны в плане энергии;
могут привести к разрушению собственных тканей.
Вклад белков в производство энергии при нагрузках редко превышает 10%.

Рацион и его влияние на выбор топлива

Питание — ключевой фактор в том, какой из источников организм использует при нагрузке.

Диета с преобладанием углеводов:

активирует накопление гликогена;
увеличивает устойчивость к усталости;
снижает уровень кортизола;
особенно эффективна при коротких интенсивных тренировках.

Как показывают наблюдения, высокоуглеводный рацион (до 70% от суточной калорийности) за несколько дней до соревнований способен увеличить выносливость на 20%.

Диета с высоким содержанием жиров:

усиливает способность использовать жиры как топливо;
полезна при долгосрочных тренировках умеренной интенсивности;
снижает потребность в углеводах во время упражнений.

Метаболическая адаптация к жировой диете требует времени. Согласно исследованию Metabolism (2016), через несколько недель организм начинает активнее окислять жиры и демонстрирует рост выносливости при умеренных нагрузках.

Высокобелковое питание:

помогает предотвратить потерю мышц;
не влияет на основной выбор источника энергии.

American Journal of Clinical Nutrition (2016) отметил, что уровень белка в 2,4 г на кг массы тела позволяет спортсменам сохранять мышцы даже при жёстких диетах.

Интересные факты

Мозг требует глюкозы: хотя его масса составляет всего 2% от общего веса тела, он потребляет до 20% всей энергии — преимущественно в форме глюкозы. При голодании мозг может адаптироваться к кетоновым телам.
Метаболическая гибкость: регулярные тренировки улучшают способность тела переключаться между жирами и углеводами, что благоприятно влияет на выносливость.
Парадокс кетогенной выносливости: есть данные, что на низкоуглеводной диете можно сохранить отличную работоспособность даже при низком уровне гликогена.
Влияние времени суток: утренние тренировки без еды способствуют жиросжиганию, а вечерние после углеводной пищи — росту интенсивности и мощности.
Роль микробиома: бактерии кишечника производят короткоцепочечные жирные кислоты, которые тоже могут служить источником энергии.

Итоги

Организм не просто выбирает источник энергии — он делает это в зависимости от условий, уровня нагрузки, доступных питательных веществ и степени адаптации. Рацион и режим тренировок позволяют влиять на этот выбор, улучшая метаболическую гибкость и спортивные результаты.

Каждому человеку требуется индивидуальный подход. Правильный баланс макронутриентов, с учётом целей и особенностей организма, — основа эффективности тренировочного процесса.

Zuntz, N., & Schumburg, W. A. E. F. (1901). Studien zu einer Physiologie des Marsches. Berlin: Hirschwald.
Hill, A. V., & Meyerhof, O. (1923). The influence of oxygen tension on the recovery heat production of muscle. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character, 95(668), 320−327.
Ferrannini, E. (1988). The theoretical bases of indirect calorimetry: a review. Metabolism, 37(3), 287−301.
Romijn, J. A., Coyle, E. F., Sidossis, L. S., Gastaldelli, A., Horowitz, J. F., Endert, E., & Wolfe, R. R. (1993). Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration. American Journal of Physiology, 265(3 Pt 1), E380-E391.
Lemon, P. W., & Mullin, J. P. (1980). Effect of initial muscle glycogen levels on protein catabolism during exercise. Journal of Applied Physiology, 48(4), 624−629.
Sherman, W. M., Costill, D. L., Fink, W. J., & Miller, J. M. (1981). Effect of exercise-diet manipulation on muscle glycogen and its subsequent utilization during performance. International Journal of Sports Medicine, 2(02), 114−118.
Volek, J. S., Freidenreich, D. J., Saenz, C., Kunces, L. J., Creighton, B. C., Bartley, J. M., … & Phinney, S. D. (2016). Metabolic characteristics of keto-adapted ultra-endurance runners. Metabolism, 65(3), 100−110.
Helms, E. R., Zinn, C., Rowlands, D. S., & Brown, S. R. (2014). A systematic review of dietary protein during caloric restriction in resistance trained lean athletes: a case for higher intakes. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 24(2), 127−138.
Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, G. A., & Meisel, A. (2013). Sugar for the brain: the role of glucose in physiological and pathological brain function. Trends in Neurosciences, 36(10), 587−597.
Goodpaster, B. H., & Sparks, L. M. (2017). Metabolic flexibility in health and disease. Cell Metabolism, 25(5), 1027−1036.
Volek, J. S., Noakes, T., & Phinney, S. D. (2015). Rethinking fat as a fuel for endurance exercise. European Journal of Sport Science, 15(1), 13−20.
Schoenfeld, B. J., Aragon, A. A., Wilborn, C. D., Krieger, J. W., & Sonmez, G. T. (2014). Body composition changes associated with fasted versus non-fasted aerobic exercise. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 11(1), 54.
Koh, A., De Vadder, F., Kovatcheva-Datchary, P., & Bäckhed, F. (2016). From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell, 165(6), 1332−1345.