Энергетика мышечного сокращения

Непосредственный источник энергии для мышечного сокращения аденозинтрифосфорная кислота (АТФ - макроэргическое соединение). Это сложная органическая молекула, к которой присоединены три остатка неорганической фосфорной кислоты макроэргическими связями. Энергия этих связей используется клеткой на выполнении специфических функций. АТФ выполняет роль универсального аккумулятора энергии. Молекулы АТФ крупные и не могут транспортироваться через клеточную мембрану, следовательно каждая клетка вынуждена синтезировать АТФ в необходимом для жизнедеятельности количестве.

Запасы АТФ в мышечном волокне ограничены, обеспечивают выполнение физической нагрузки не более 1-2 с. При продолжительной мышечной работе АТФ должна восстанавливаться с той же скоростью, с какой расходуется. Энергия, необходимая для ресинтеза АТФ, высвобождается в процессе расщепления энергосубстратов (белков, липидов, углеводов). Ресинтез (восстановление) АТФ может происходить анаэробно (без участия кислорода в саркоплазме) и аэробно (при участии кислорода в митохондриях): в клетке имеются фосфагенная, гликолитическая и окислительная энергетическая системы.

Системы различаются по энергетической мощности и емкости. Мощность системы лимитирует интенсивность физической работы, т.е. мощность - максимальное количество энергии, выделяющейся в единицу времени и максимальное количество ресинтезируемой в единицу времени АТФ. Емкость энергосистемы ограничивает объем (продолжительность) мышечной работы, который может быть выполнен за счет данной системы. При аэробной мышечной работе АТФ ресинтезируется аэробным способом, при анаэробной работе – анаэробным.

А) Фосфагенная энергосистема – первый энергетический резерв мышечного волокна. К фосфагенам относятся АТФ и КрФ (креатинфосфат). Креатинфосфат немедленный и быстрый источник восстановления АТФ: КрФ анаэробно распадается на креатин (Кр) и остаток фосфорной кислоты (Ф), высвобождаемая энергия немедленно используется на ресинтез АТФ.

Фосфагенная система обладает наибольшей мощностью по сравнению с другими системами: количество АТФ, ресинтезируемое в ед.времени за счет КрФ в 3 раза больше мощности гликолиза и в 4-10 раз мощности окисления. Эта энергосистема обеспечивает мышечные усилия «взрывного» характера (спринтерский бег, прыжки, метание,подъем штанги и т.д.). Емкость невелика – работа может продолжаться не более 5-6 с при максимальных мышечных усилиях. Для более продолжительной мышечной работы используется вторая энергетическая система – гликолиз.

В) гликолитическая энергосистема.

В основе расщепление анаэробно глюкозы или гликогена до молочной кислоты.

Ферменты гликолиза рассредоточены в саркоплазме мышечных волокон, уровень молочной кислоты по принципу обратной связи регулирует гликолиз.

С6Н12О6=2С3Н6О3+Q. Энергосистема включается в самом начале мышечной работы и достигает максимальной мощности через 30-40 с. Гликолиз играет решающую роль в энергообеспечении работы большой мощности (в беге на дистанцию 200-800 м, при статических напряжениях, при ускорениях, в самом начале любой работы при недостатке кислорода).

Мощность этой системы в 1,5 раза выше кислородной и в 3 раза ниже фосфагенной. Емкость гликолиза лимитируется не содержанием углеводов, а в большей степени, количеством образовавшейся в мышцах и поступающей далее в кровь молочной кислоты. Высокий уровень молочной кислоты и несостоятельность щелочного резерва крови является ведущим звеном в периферических механизмах утомления: затрудняется выход кальция из саркоплазматической сети мышечных волокон, снижается АТФ-азная активность миозина, не происходит присоединения мостиков миозина к актину, в общем, снижаются сократительные способности мышц.

С) Окисление – аэробный путь ресинтеза АТФ протекает в митохондриях при непрерывном поступлении кислорода.

C6H12O6+O2=CO2+H2O+Q

Для энергообеспечения мышечной работы используются углеводы и липиды: чем больше относительная мощность аэробной работы, тем выше вклад углеводов и меньше вклад жиров. Между скоростью потребления кислорода (л/мин) и мощностью аэробной работы существует линейная зависимость. Интенсивность работы можно характеризовать с помощью максимального потребления кислорода - МПК (индивидуально у каждого человека): при мощности работы до 50% МПК (легкая аэробная работа) используются жиры, выше 70% МПК (более тяжелая аэробная работа) - углеводы. Во время физической работы идет распад жиров (липолиз), образующиеся жирные кислоты с током крови поступают в работающие мышцы и окисляются в митохондриях мышечных волокон. Следует заметить, что для окисления жиров необходимо больше кислорода, чем для окисления углеводов. Емкость окислительной энергосистемы наибольшая. В процессе гликолиза (распаде одной молекулы глюкозы до молочной кислоты анаэробно) ресинтезируется 2 молекулы АТФ, при окислении 1 молекулы глюкозы до конечных продуктов (воды и углекислого газа) – 36 молекул АТФ, т.е. емкость окисления почти в 20 раз выше, чем емкость гликолиза. Окислительная энергосистема обеспечивает возможность выполнения продолжительной по времени мышечной работы до многих часов.

При нарастании мощности аэробной работы происходит переключение на смешанный тип аэробно-анаэробный (снижение потребления кислорода и выделение углекислого газа, стабилизация и рост молочной кислоты – ПАНО 1) и дальнейший рост гликолиза (ПАНО 2) - переход на анаэробные процессы энергообеспечения мышечной работы. ПАНО - порог анаэробного обмена - определяют в % от МПК: чем выше ПАНО, тем выше аэробные возможности спортсмена.