Источники энергии мышечной работы

Источником энергии для сокращения и расслабления мышц всех типов является АТФ. В состоянии покоя мышцы содержат около 5 мкмоль АТФ на 1 г ткани и в 3-8 раз больше другой высокоэнергетической соединения – креатинфосфата. Последний образуется из АТФ и креатина за реакцией, которую катализирует креатинкиназы:

Реакция обратная: когда имеющийся в мышцах АТФ используют для работы, креатинфосфат под действием КФК быстро передает фосфатную группу на АДФ, благодаря чему восстанавливается исходный уровень АТФ. Образование АТФ из креатинфосфата и АДФ – это самый быстрый путь генерации АТФ в условиях сокращения мышц. Кроме мышечной ткани, креатинфосфат синтезируется только в нервной, но в значительно меньшем количестве.

Таким образом, мышцы, по сравнению с другими тканями, запасают больший уровень макроэргических соединений, что имеет значение для очень быстрого перехода скелетных мышц от состояния покоя до максимальной активности, когда потребность в АТФ возрастает в 20-200 раз. Но запаса АТФ и креатинфосфата хватает только на 6-10 с интенсивной работы скелетных мышц. Ресинтез АТФ в мышцах, которые работают, обеспечивается, в зависимости от условий, окислительным или субстратным фосфорилированием.

Так, при легкой и умеренной физической работе скелетные мышцы покрывают энергетические затраты путем окислительного фосфорилирования, то есть за счет аэробной окисления таких субстратов, как глюкоза, свободные жирные кислоты и кетоновые тела. При длительной мышечной работе постепенно уменьшается использование глюкозы, а увеличивается – жиров, которые мобилизуются из жировых депо.

При максимальных физических нагрузках, например, во время спринтерского бега, доставка кислорода к мышцам становится недостаточной для обеспечения энергетической потребности. Основным путем ресинтеза АТФ становится анаэробный гликолиз. Гликоген мышц и глюкоза крови распадаются до молочной кислоты. При этом 1 остаток глюкозы обеспечивает образование 2-х молекул АТФ. Анаэробный распад гликогена достигает максимального уровня через 40-50 с непрерывной работы мышцы. Усиление гликолиза инициируется увеличением уровня АМФ, который является активатором фосфофруктокиназы – основного регуляторного фермента гликолиза. АМФ образуется в аденилаткиназний реакции, поскольку при сокращении мышц увеличивается содержание АДФ.

При напряженной физической работе накопления в мышечной ткани молочной кислоты и снижение рН, а также повышение температуры в результате выделения тепла снижают эффективность обмена. Молочная кислота диффундирует в кровь и захватывается печенью и сердцем. В сердечной мышце, в котором есть изофермент ЛДГ ЛДГ1, молочная кислота окисляется в пировиноградную и дальше аэробным путем. В печени часть лактата окисляется, а часть превращается путем глюконеогенеза в глюкозу, которая выходит в кровь и попадает в мышцы, где используется для восстановления запасов гликогена (цикл Кори).

Эти процессы протекают в восстановительный период после интенсивной мышечной работы, когда благодаря частому и глубокому дыханию в организм поступает дополнительный кислород, используемый для окисления лактата, пирувата, других субстратов и для восстановления нормальной концентрации в мышцах АТФ и креатинфосфата.
Мышечные волокна делятся на красные, белые и промежуточные. Мышцы человека в основном содержат все 3 типа волокон, но в разных соотношениях.

Саркоплазма красных волокон содержит много миоглобина и многочисленные митохондрии. Именно миоглобин окрашивает мышечные волокна в красный цвет. Этот гемсодержащих белок имеет значительно более высокое сродство с кислородом, чем гемоглобин, а кривая насыщения кислородом миоглобина – гиперболической формы. Поэтому миоглобин принимает кислород от оксигемоглобина и сохраняет в связанном виде. В процессе сокращения мышцы, когда потребность в кислороде возрастает и внутриклеточный парциальное давление кислорода падает, О2 распадается из комплекса с миоглобином и используется для тканевого дыхания в митохондриях. Очень много миоглобина в мышцах китов, дельфинов, тюленей, что дает им возможность запасать необходимое количество кислорода для пребывания длительное время под водой.
Белые волокна содержат меньше миоглобина и митохондрий, но больше гликогена и гликолитических ферментов. Поэтому для красных волокон характерно аэробная окисления субстратов, а для белых – анаэробный распад гликогена и глюкозы. Кроме того, в белых волокнах больше АТФазная активность миозина. Мышцы, в которых преобладают красные волокна сокращаются медленнее, но долго и без признаков усталости. Мышцы, состоящие в основном из белых волокон, быстро переходят от состояния покоя до максимальной активности, сокращаются гораздо быстрее, но раньше устают, поскольку исчерпываются запасы гликогена, а глюкоза из крови поступает медленно. У разных людей соотношение красных, белых и промежуточных волокон в одних и тех же мышцах неодинаковое, что определяет спортивные возможности, например способность бежать на короткие или длинные дистанции.

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.