Максимально возможная мощность (по данным расчетов) скелетных мышц человека при использовании различных органических веществ

(по П. Хочачка, Дж. Сомеро)

Органические вещества и путь обмена	Мощность, мкМ АТФ/г · мин
Окисление жирных кислот Окисление гликогена Гликолиз Гидролиз АТФ и КрФ	20,4 30,0 60,0 до 360

Фосфагенный источник подключается всякий раз в начале любой работы или в первые секунды резкого увеличения ее мощности. Он не нуждается в дополнительной активации вегетативных систем организма, например сердечно-сосудистой или дыхательной. Поэтому в начале работы с его функционированием не связано ни увеличение ЧСС, ни увеличение частоты или объема дыхания. Но длительность ресинтеза АТФ за счет фосфагенного источника может продолжаться лишь в течение 5-8 с из-за быстрого сокращения запасов КрФ, т.е. емкость этого энергетического источника (максимально возможное количество образуемого АТФ) мала.

Именно из-за небольшой ёмкости этого источника невозможно сделать много далёких прыжков или максимально сильных ударов. С помощью аккумулятора запускается основной источник энергии в автомобиле — дизель или бензиновый двигатель. В них окисляется солярка или бензин, а образующаяся энергия используется для совершения механической работы. В мышечных клетках человека в митохондриях также окисляются продукты расщепления и углеводов и жиров, но мощность этого аэробного источника невелика (табл. 10). Зато именно благодаря этому источнику человек способен наслаждаться спокойным бегом трусцой или спокойным плаванием (при наличии хорошего навыка). Это слово нам понадобилось для того, чтобы подчеркнуть, что работа в чисто аэробном режиме у привычного к такой нагрузке человека совершается легко. ЧСС не повышается больше 120 – 130 уд./мин. Но нет такого вида спорта, где бы при соревновании присутствовал чисто аэробный режим. Некоторые студенты скажут: «А шахматы!» Таких студентов придётся огорчить. Во-первых, данное сравнение некорректно. Мы говорим про мышечные нагрузки, а в шахматах идет соревнование стратегий, интеллектов. Во-вторых, ЧСС у шахматистов зашкаливает выше 120 – 130 уд./мин. И это не удивительно. Человечество на протяжении практически всей своей истории отвоёвывало себе место под солнцем благодаря напряжённому физическому труду. Это мы с вами попали в эпоху (третье тысячелетие!), когда материальным благополучием, в первую очередь, могут похвастаться люди интеллектуального труда. Но весь наш организм устроен так, что когда мы начинаем испытывать эмоциональные нагрузки, подключается третий энергетический источник, который верой и правдой служил нам долгие тысячелетия.

Таблица 10

Внутриклеточные запасы энергии в мышцах человека

Субстрат	Содержание сухого веса, мкМ/г	Энергетический эквивалент, P/г
Аденозинтрифосфорная кислота	25	10
Креатинфосфат	75	60
Гликоген	370	14 200
Жиры	50	24 520

Этот источник обслуживает вторую группу движений и называется лактацидным. Ряд биохимических реакций обеспечивает расщепление глюкозы до молочной кислоты. Соли молочной кислоты называются лактатами, отсюда и название этого источника – лактацидный. Мощность лактацидного источника меньше, чем мощность фосфагенного источника (см. табл. 8). Скорость же его развертывания, т.е. время, необходимое для выхода источника на максимальную мощность, больше. Образование АТФ и молочной кислоты осуществляется при участии 11 ферментов, поэтому максимально возможной мощности лактацидный источник может достичь через 40 с после начала работы.

При работе аэробного источника органические вещества окисляются в митохондриях до воды и углекислого газа, а освобождающаяся энергия, как вы помните, запасается в макроэргических связях АТФ. Мощность этого источника наименьшая (см. табл. 8), а скорость развертывания больше, чем у лактацидного и фосфагенного источников (для достижения максимальной мощности ему необходимо 4-5 мин). Но емкость, а следовательно, и время работы данного источника при небольшой мощности нагрузки не ограничены на уровне мышечной клетки (вспомним многодневные марафоны), так как субстратами окисления могут служить углеводы, глицерин, жирные кислоты, аминокислоты. Правда, нетренированный человек оказывается неспособным пробежать в любом темпе (не переходя на шаг) и 30 мин, но тут уже не возможности аэробного источника являются препятствием. И мы их здесь рассматривать не будем.

Обычно энергетическое обеспечение работающих мышц осуществляется за счет совместной работы трех источников: фосфагенного, лактацидного и аэробного. Правда, возможно осущест-вление ресинтеза АТФ и в результате миокиназной реакции:

2АДФ  АТФ + АМФ.

В обычных условиях такая реакция практически не наблюдается. Образующийся АМФ резко нарушает протекание большинства биохимических процессов. Но именно этот механизм лежит в основе действия на организм некоторых допингов. Человек оказывается способным поддерживать требуемую мощность большее время. Но какой ценой! В результате энергетические ресурсы клетки истощаются, ее энергетический потенциал настолько снижается, что протекание обычных процессов жизнедеятельности становится невозможным и клетка гибнет.

Как мы знаем, клетки нашего организма имеют общее происхождение от оплодотворённой яйцеклеки — зиготы. Но они такие разные – нервные и эпителиальные, мышечные и кишечные. Они разные потому, что в них активируются различные хромосомные участки, кроме того, они выполняют разные функции. Логично предположить, что и мышечные клетки будут отличаться в зависимости от того, какой энергетический источник в них преобладает. Действительно, у взрослого человека скелетные мышцы представляют собой мозаику из волокон трех типов, каждый из которых адаптирован к работе определенной интенсивности и отличается от других биохимическими характеристиками (табл. 11).

Таблица 11