Биоэнергетика мышечной деятельности источники энергии при мышечной работе

Непосредственным источником энергии для мышечной деятель­ности служит реакция расщепления АТФ, в результате которой происходит освобождение энергии, преобразуемой в процессе мы­шечного сокращения в механическую работу. При гидролизе кон­цевой макроэргической связи АТФ освобождается энергии от 30 до 46 кДж в расчете на 1 грамм-молекулу расщепляющегося ве­щества. Количество освобождаемой энергии зависит от рН среды, концентрации неорганического фосфата, а также соотношения кон­центраций АТФ и АДФ в клетке. При физиологических условиях (существующих в организме) энергия гидролиза 1 моля АТФ со­ставляет около 40 кДж.

Содержание АТФ в мышце относительно постоянно. Концентра­ция АТФ составляет около 5 мМ на 1 кг сырого веса мышц (около 0,25%). Накапливать большое количество АТФ мышца не может, так как это к утрачиванию сократительной способности мышцы. Вместе с тем концентрация АТФ в мышце не может снижаться ниже 2 мМ на 1 кг сырого ве­са ткани, поскольку при этом мышца начинают сокращаться вплоть до полного исчерпания всех запасов АТФ и развития ригора (состоя­ния стойкого непроходящего сокращения).

Запасов АТФ в мышце обычно хватает на 3-4 одиночных со­кращения максимальной силы. В дальнейшем АТФ вос­станавливается из продуктов рас­пада (ресинтезируется) с той же скоростью, с какой она расщеп­ляется в процессе мышечных со­кращений. Макроэргические соеди­нения, используемые для ресинтеза АТФ, либо постоянно присут­ствуют в организме (например, креатинфосфат), либо образуются во время работы при окислительных превращениях различных ве­ществ (например, дифосфоглицериновая и фосфопировиноградная кислоты).

Ресинтез АТФ при мышечной деятельности может осуществ­ляться как в ходе реакций, идущих без кислорода (анаэробных), так и за счет окислительных превращений в клетках, связанных с потреблением кислорода (аэробных). В обычных условиях, ресинтез АТФ происходит в основ­ном путем аэробных превращений, но при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в тканях одновременно усиливаются и анаэробные процессы ресин­теза АТФ. В скелетных мышцах человека выявлено три вида ана­эробных процессов, в ходе которых возможен ресинтез АТФ:

- креатинфосфокиназная реакция, где ресинтез АТФ происходит за счет перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ;

- миокиназная реакция, при которой ресинтез АТФ осуществляется за счет дефосфорилирования определенной части АДФ;

- гликолиз (анаэробный процесс), где ресинтез АТФ осуществляется в процессе ферментативного анаэробного рас­щепления углеводов, заканчивающегося образованием молочной кислоты.

Анаэробные и аэробный процессы преобразования энергии за­метно различаются по:

- скорости преобразования энергии;

- количеству освобождаемой энергии и выполненной работы;

- соотношению между энергией, затраченной на ресинтез АТФ, и общим количеством энергии, выделенной в ходе данного процесса.

По этим параметрам анаэробные процессы имеют преимущество при выполнении кратковременных упражнений высокой интенсивности, а аэробные - при длительной работе умеренной интенсивности.