Энергетика мышечного сокращения

При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, т.е мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения и расслабления мышц потребляется энергия АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением одной молекулы фосфата и образованием АДФ сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль 6АТФ=АДФ+Ф+Э

Однако запасы АТФ в мышцах невелики( около 5ммоль*л^-1 Их хватает на 1-2 сек работы. Количество АТФ в мышцах не может изменяться. Так как при отсутствии АТФ в мышцах развивается контрактура(не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться),а при избытке – теряется эластичность.

Для продолжения работы требуется постоянное восполнение запасов АТФ. Восстановление АТФ происходит в анаэробных условиях – за счет распада креатинфосфата (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза) –и в аэробных условиях – за счёт окисления углеводов и жиров. Энергосистемы, используемые в качестве источников энергии, обозначают как фосфагенная энергетическая система или система АТФ-КрФ, гликолитическая (лактацидная) система и окислительная (кислородная) система.

Быстрое восстановление АТФ происходит в тысячные доли секунды за счёт распада КрФ:АДФ+КрФ=АТФ+Кр. Наибольшей эффективности этот путь достигает к 5-6 секунде работы,но затем запасы КрФ исчерпываются, т. к. их также немного(около 30ммоль* л^-1 )

Медленное восстановление АТФ в анаэробных условиях обеспечивается энергией расщепления глюкозы (выделяемой из гликогена) – реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молочной кислоты (лактата) и восстановлением 3 молекул АТФ. Эта реакция достигает наибольшей мощности к концу 1 –й минуты работы. Особое значение этот путь энергообеспечения имеет при высокой мощности работы, которая продолжается от 20с до 2 минут. Ограничения использования углеводов связано не с уменьшением запасов гликогена в мышцах или глюкозы в крови и печени, а с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты.

Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т.е. при аэробной работе более 2-3 минут. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечно-сосудистой и систем крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 минуту – максимальное потребление кислорода(МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей человека. У нетренированных она равна 2,5-3 л кислорода/мин. У МСМК – 6-7л/кислорода /мин.

При использовании 1 молекулы глюкозы, полученной из гликогена образуется 38молекул АТФ – это при аэробном окислении, при анаэробном расщеплении глюкозы всего лишь 2 молекулы АТФ.

В качестве источника энергии жиры используются в состоянии двигательного покоя, при любой работе сравнительно невысокой мощности (до 50% от МПК) и при очень длительной работе на выносливость (около70% от МПК длительностью более 1 часа)Жиры обладают наибольшей энергетической емкостью: при расходовании 1 моля АТФ выделяется около 10 ккал энергии, 1 моля КрФ – около10,5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэробном расщеплении – около50 ккал, а при окислении 1 моля глюкозы – 700ккал, при окислении 1 моля жира – 2400 ккал (Коц Я.М.,1982). Однако использование жиров при работах высоко мощности лимитируется трудностью доставки кислорода работающим мышцам.

Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразование происходит в момент сокращения мышц – начальное теплообразование (оно составляет 1/1000 всех энерготрат) и в период восстановления – запаздывающее теплообразование.

В обычных условиях при работе5 тепловые потери составляют около 80% всех энерготрат. Для оценки эффективности механической работы мышц используется вычисление коэффициента полезного действия.(КПД). КПД показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механической работы мышцы. Её вычисляют по формуле:

{А:Е-е)}*100%

Где: А-энергия, затраченная на полезную работу;

Е – общий расход энергии;

е-расход энергии в состоянии покоя за время равное длительности работы.

У нетренированных КПД примерно 20%, у МСМК – 30-35%.

С увеличением мощности работы и включением «ненужных» мышц КПД уменьшается. При статической работе, т.к. А=0, эффективность работы оценивается по длительности поддерживаемого напряжения мышц.

Лекция 14