4.4. Биохимические процессы, происходящие в мышечном волокне при сокращении и расслаблении мышцы

Основной задачей метаболических процессов, протекающих в скелетных мышцах, является обеспечение энергией их сокращения и расслабления. Выделение энергии происходит за счет реакции гидролиза АТФ, то есть взаимодействия АТФ с водой:

АТФ+Н₂0 → АДФ+ Н₃Р0₄ + энергия.

Однако содержание АТФ в мышечных волокнах незначительно (в покое концентрация АТФ приблизительно равна 5 ммоль/кг) и может обеспечить непрерывное сокращение мышцы в течение очень короткого периода — одной-двух секунд. Для продолжения работы мышцы необходимо пополнение запасов АТФ, иными словами, необходим ее постоянный ресинтез.

Для ресинтеза АТФ (образования АТФ в клетках во время физической работы) пригодна химическая энергия самых разнообразных соединений: углеводов, жиров, аминокислот и креатинфосфата.

В зависимости от того, потребляется или не потребляется кислород во время сокращения мышцы, пути ресинтеза АТФ делятся на анаэробные (протекают без участия кислорода) и аэробные (протекают с участием кислорода). Анаэробные пути ресинтеза АТФ в свою очередь подразделяются на креатинфосфатный и гликолитический.

Пути ресинтеза АТФ в скелетных мышцах различны и зависят от интенсивности и длительности совершаемой работы. В первые секунды работы ресинтез АТФ идет за счет креатинфосфатной реакции, затем включается гликолиз и наконец, по мере продолжения работы, на смену гликолизу приходит тканевое дыхание.

Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ — анаэробный путь ресинтеза АТФ, использующий креатинфосфат (КрФ), содержащийся в мышечных волокнах. Креатинфосфат вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, в результате чего образуются креатин и АТФ:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин.

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой (КК), находящейся в саркоплазме мышечных волокон. Активность этого фермента при мышечной работе значительно возрастает за счет активирующего воздействия ионов Са²⁺.

Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ — самый мощный из всех путей ресинтеза АТФ. Время его развертывания составляет всего 1-2 с, время функционирования с максимальной скоростью — от 8 до 10 с. Однако, так как запасы КрФ в мышечных волокнах ограничены, через 15 с скорость функционирования этого источника ресинтеза АТФ снижается вдвое, а через 45 с запасы КрФ в мышцах подходят к концу (табл. 4.1 ирис. 4.6).

Таблица 4.1 Концентрация энергетических субстратов и рН в скелетных мышцах при выполнении физической работы (Н. И. Волков с соавт., 2000)

Показатели	В состоянии покоя	После 6-10 с физической работы	После 30 с физической работы	В состоянии изнеможения
АТФ, ммоль/кг	5	5	3	3
КрФ, ммоль/кг	17	12	5	1
Гликоген, ммоль/кг	85	74	68	50
Лактат, ммоль/кг	2	7	22	32
РН	7,0	6,9	6,7	6,3

Эти особенности делают креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ основным источником энергии при выполнении краткосрочных двигательных действий, производимых с максимальной интенсивностью (бег на 100 м, выполнение силовых упражнений с отягощением 70— 100 % от максимума).