Анаэробный — термин биологии и спорта¶

Анаэробный (от др.-греч. ἀν- — отрицательная приставка и αήρ — «воздух») — термин, обозначающий процессы, среду или организмы, существующие и функционирующие без свободного кислорода. В биологии и медицине понятие применяется к метаболическим путям, микроорганизмам и экологическим условиям; в спорте и физиологии — к типам нагрузки, при которых энергия вырабатывается преимущественно за счёт бескислородных механизмов.

¶Анаэробный метаболизм

Анаэробный метаболизм — это совокупность биохимических процессов, при которых клетка получает энергию (в виде АТФ) без участия молекулярного кислорода. Он противопоставляется аэробному дыханию, где кислород служит конечным акцептором электронов в дыхательной цепи митохондрий.

Основные пути анаэробного получения энергии:

• Гликолиз — распад одной молекулы глюкозы до двух молекул пирувата с выходом 2 молекул АТФ. Происходит в цитоплазме и не требует кислорода ни на одном этапе.
• Молочнокислое (лактатное) брожение — восстановление пирувата до лактата с регенерацией NAD+, что позволяет гликолизу продолжаться. Накопление лактата связано с ощущением жжения в мышцах при интенсивной нагрузке.
• Спиртовое брожение — превращение пирувата в этанол и углекислый газ. Характерно для дрожжей и ряда бактерий; используется в пивоварении и виноделии.
• Брожение пропионовокислыми бактериями, маслянокислое брожение и другие специализированные пути — встречаются у различных прокариот.

Ключевое отличие анаэробного гликолиза от аэробного дыхания — значительно меньший выход АТФ на молекулу глюкозы (2 против около 36–38), однако скорость выработки энергии при анаэробном пути выше, что критично для кратковременных интенсивных нагрузок.

¶Анаэробные организмы и среды

Анаэробы — организмы, для жизнедеятельности которых кислород не требуется, а часто является токсичным. По отношению к кислороду их разделяют на:

• Облигатные (строгие) анаэробы — погибают в присутствии кислорода; примеры — клостридии (Clostridium), некоторые археи.
• Факультативные анаэробы — способны жить и в бескислородной, и в кислородной среде, предпочитая аэробный путь при наличии кислорода; пример — кишечная палочка (Escherichia coli).
• Аэротолерантные анаэробы — не используют кислород для метаболизма, но не погибают при его наличии; пример — молочнокислые бактерии Lactobacillus.
• Микроаэрофилы — нуждаются в пониженной концентрации кислорода.

Анаэробные условия характерны для глубинных слоёв почвы, донных отложений водоёмов, кишечника животных, вулканических источников, а также для замкнутых полостей человеческого тела (гнойные раны, где развиваются анаэробные инфекции — столбняк, газовая гангрена, вызываемые клостридиями).

¶Анаэробная нагрузка в спорте и физиологии

В спортивной физиологии анаэробная нагрузка — это физическая работа высокой интенсивности, при которой потребность в энергии превышает возможности аэробной системы, и основным источником АТФ становятся бескислородные пути.

Выделяют две анаэробные энергетические системы:

• Анаэробная гликолитическая система — обеспечивает нагрузки длительностью примерно от 10 секунд до 2 минут (бег на 400–800 м, плавание на средние дистанции).
• Анаэробная алактатная (креатинфосфатная) система — работает на основе распада креатинфосфата в мышцах; обеспечивает максимальные взрывные усилия продолжительностью до 10 секунд (спринт, прыжки, толчок штанги).

Показателем анаэробного обмена служит анаэробный порог — уровень интенсивности нагрузки, при котором лактат начинает накапливаться в крови быстрее, чем утилизируется. Спортивная тренировка повышает мощность анаэробных систем и сдвигает порог вверх.

¶Применение термина

Понятие «анаэробный» используется в широком спектре наук и технологий:

• Медицина — диагностика и лечение анаэробных инфекций; определение анаэробного порога при нагрузочных пробах.
• Биотехнология — анаэробное сбраживание органических отходов для получения биогаза (метана).
• Экология — изучение анаэробных зон водоёмов и почв, где протекают бескислородные процессы гниения и метаногенеза.
• Спорт — периодизация тренировок, разделение аэробных и анаэробных режимов работы.

¶История

Термин введён в научный оборот в XIX веке в связи с работами Луи Пастера, показавшего в 1860-х годах, что дрожжи способны бродить в отсутствие кислорода, и введшего понятия «анаэробиоз» и «аэробиоз». Пастер сформулировал вывод, что жизнь может существовать без свободного кислорода, что стало основой современной микробиологии и физиологии метаболизма.

¶Исторические источники

• Пастер Л. Исследования о брожении. — СПб., 1870-е.
• Хлебников Н. М. Биохимия: учебник для вузов. — М.: Высшая школа.
• Виноградов Н. Н. Физиология спортивных упражнений. — М.: Физкультура и спорт.
• Brock Biology of Microorganisms. — Pearson Education.