Для любого движения необходима энергия, которая поступает из аденозинтрифосфата (АТФ). Он является единственным источником энергии для мышечного сокращения. Без АТФ поперечные мостики не могут действовать, и сокращение мышечного волокна не происходит. АТФ — высокоэнергетическое соединение, при его расщеплении выделяется около 10 ккал/кг энергии.

При активизации мышц происходит значительный гидролиз АТФ, увеличивающий уровень энергетического обмена в 100-1000 раз по сравнению с состоянием покоя. Однако запасы АТФ в мышцах очень ограничены, их хватает лишь на 2-3 секунды интенсивной работы. Чтобы мышцы могли длительно сокращаться, необходимо постоянно восстанавливать (ресинтезировать) АТФ с той же скоростью, с какой он расходуется. Энергия для ресинтеза АТФ поступает от расщепления углеводов, жиров и белков, при этом освобождается энергия, хранившаяся в химических связях этих веществ.

Биоэнергетические возможности организма — ключевой фактор, ограничивающий физическую работоспособность. Энергия для мышечной работы может образовываться двумя способами: анаэробным (без кислорода) и аэробным (с кислородом). Существуют три основные энергетические системы:

1. Алактатная анаэробная система: использует креатинфосфат для быстрого ресинтеза АТФ.
2. Гликолитическая анаэробная система: обеспечивает энергию за счет расщепления гликогена или глюкозы до молочной кислоты.
3. Аэробная система: производит энергию путем окисления углеводов, жиров и белков с участием кислорода.

Эти системы позволяют телу адаптироваться к различным физическим нагрузкам.

Критерий мощности оценивает максимальное количество энергии, которое может быть выработано в единицу времени каждой метаболической системой. Критерий емкости измеряет общие запасы энергетических веществ в организме и объем работы, выполненной с их помощью. Критерий эффективности показывает, сколько механической работы можно выполнить на каждую единицу затраченной энергии.

Фосфагенная система — это быстро мобилизуемый источник энергии для мышц. Ресинтез АТФ из креатинфосфата происходит почти мгновенно. При отщеплении фосфатной группы от креатинфосфата выделяется много энергии, которая используется для восстановления АТФ. Таким образом, креатинфосфат становится первым энергетическим резервом для мышечной работы, а АТФ и креатинфосфат действуют как единая система подачи энергии. Фосфагенная система предоставляет энергию для кратковременных и интенсивных усилий, таких как спринт, прыжки и удары. Эта система обладает наибольшей мощностью среди всех энергетических систем и активно работает в течение 5-6 секунд. У высококвалифицированных спортсменов мощность может достигать 3700 кДж/кГ в минуту. Фосфагенная система обеспечивает кратковременную высокоинтенсивную энергию, но ее запасы АТФ и креатинфосфата (КрФ) в мышцах невелики. Время, на протяжении которого можно поддерживать максимальную мощность, зависит не только от емкости системы, но и от того, сколько КрФ можно задействовать. При максимальной нагрузке расходуется лишь около трети запасов КрФ, поэтому даже у натренированных спортсменов продолжительность работы на максимальной мощности обычно не превышает 15-20 секунд.

Гликолитическая анаэробная система обеспечивает значительную мощность энергии, достигая у высокотренированных спортсменов до 2500 кДж/кГ в минуту. Основными энергетическими субстратами являются углеводы, такие как гликоген и глюкоза. Гликоген, хранящийся в мышцах и печени, представляет собой цепочку молекул глюкозы. При его расщеплении, каждая глюкозная единица дает 3 молекулы АТФ, в то время как одна молекула глюкозы обеспечивает только 2 молекулы АТФ. В результате расщепления глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты (МК). При интенсивной и продолжительной работе в мышцах накапливается много МК, которая выходит в кровь и частично связывается с буферными системами для поддержания нормальных условий в организме. При избытке молочной кислоты (МК) в результате анаэробного гликолиза буферные системы крови не справляются с её нейтрализацией, что приводит к закислению крови. Это угнетает ключевые ферменты анаэробного гликолиза, замедляет его и снижает эффективность мышечной работы. В результате уменьшается скорость и мощность физических усилий.

Продолжительность работы в анаэробном гликолитическом режиме ограничивается не столько запасами энергетических субстратов, сколько уровнем молочной кислоты и способностью тканей адаптироваться к кислотным изменениям. Во время физической активности, основанной на анаэробном гликолизе, дефицит мышечного гликогена и глюкозы в крови и печени обычно не возникает. Однако гипогликемия может развиться по другим причинам в процессе тренировки.

Для высоких проявлений гликолитической анаэробной способности важна адаптация тканей к изменениям кислотно-щелочного равновесия. Ключевую роль играет психическая устойчивость: она помогает преодолевать болезненные ощущения в мышцах и продолжать выполнение работы даже при утомлении.

При переходе от покоя к физической активности потребность в кислороде резко возрастает. Однако для того чтобы кардио-респираторная система начала эффективно работать и доставлять обогащённую кислородом кровь к мышцам, требуется 1-2 минуты. Потребление кислорода мышцами увеличивается постепенно. В течение первых 5-6 минут усиливается аэробное производство энергии, а после 10 минут физической активности основной источник энергии уже почти полностью зависит от аэробных процессов.

Аэробная система энергообеспечения имеет мощность примерно в 3 раза меньшую, чем фосфагенная, и в 2 раза меньшую, чем анаэробная гликолитическая. Однако она обеспечивает наибольшую производительность и экономичность. В обычных условиях аэробный механизм отвечает за более 90% энергопродукции организма. Для окисления используются углеводы, жиры (в виде жирных кислот и глицерина) и белки (в виде аминокислот), но вклад белков в аэробное окисление незначителен. Углеводы и жиры остаются основными источниками энергии, пока доступны мышцам.