Мышцы состоят из ткани, способной сокращаться. Выделяют три основных типа мышц -скелетная, сердечная и гладкая. В мышечных клетках всех трех типов большинство образуемой энергии используется для мышечного сокращения, которое осуществляется за счет скольжения молекул актина вдоль молекул миозина.
Помимо этого, энергия используется для перемещения Са2+ из саркоплазмы в саркоплазматическую сеть после окончания мышечного сокращения. Энергия требуется и для переноса ионов натрия и калия через мембрану миоцита (мышечной клетки) для поддержания градиента концентрации.
Основное топливо в мышцах - это макроэргическое фосфатное соединение аденозинтрифосфат (АТФ). Однако запаса АТФ в мышцах хватило бы только на 1-2 с. Креатинфосфат (КФ), который также содержит макроэргическую связь, является быстрым источником энергии для регенерации АТФ. Запасы КФ также ограничены и предоставляемой энергии хватило бы всего на 5-8 с мышечных сокращений.
Основной источник энергии для мышц - это глюкоза и жирные кислоты, потребление которых зависит от веса и физического состояния организма, а также от доступности кислорода. Образование АТФ при цитозольном гликолизе, митохондриальном бета-окислении жирных кислот и в цикле трикарбоновых кислот строго регулируется и коррелирует с потребностями мышц в большем количестве АТФ.
Когда потребности в энергии превышают возможность скелетной мышцы предоставить АТФ посредством цикла трикарбоновых кислот в окислительных условиях, стимулируется гликолиз и вырабатывается молочная кислота, что приводит к образованию АТФ в анаэробных условиях - без кислорода.
Сердечная мышца может функционировать за счет разных источников энергии и мало зависит от обмена глюкозы. Гладкая мышца работает более эффективно и требует меньше АТФ, чем сердечная и скелетная мышцы.
Введение и общие положения
Мышечная ткань - эта ткань организма, которая характеризуется способностью к сокращению, возникающему обычно в ответ на сигнал нервной системы. Среди трех типов мышц скелетная и сердечная потребляют наибольшее количество энергии. Сердце - это мышечный насос, за счет которого кровь циркулирует по руслу. Несмотря на то, что сердечная мышца мала по сравнению с другими типами мышечной ткани, она очень хорошо снабжается кровью и характеризуется активным энергетическим обменом.
Гладкие мышцы можно обнаружить в первую очередь в дыхательной, мочеполовой системах, желудочно-кишечном тракте и кровеносных сосудах. Многие жизненно важные функции контролируются за счет сокращения и тонуса гладкой мускулатуры в этих тканях и органах, например, поддержание кровотока и кровяного давления, регуляция воздушного потока в дыхательной системе, продвижение содержимого желудка и выведение мочи.
Гладкие мышцы используют сравнительно небольшое количество энергии, несмотря на тяжелую работу, которую они выполняют. Масса опорно-двигательного аппарата, включая скелетные мышцы, составляет около двух третей от общей массы тела. В состоянии покоя на скелетные мышцы приходится одна шестая часть от минутного объема, что сопоставимо с долей мозга.
В период наибольшей активности при аэробной работе мышцы потребляют наибольшее количество кислорода, и циркуляция крови в них составляет четыре пятых от минутного сердечного объема.
Энергетический обмен в скелетных мышцах уникален. Помимо аэробной работы они приспособлены к кратковременной анаэробной активности, что позволяет увеличить выносливость при физической активности более низкой интенсивности и дает возможность для кратковременной высокоактивной деятельности.
Уровень потребления АТФ в скелетной мышце может сильно меняться, более чем в сто раз. Изменение количества потраченного АТФ приводит к компенсаторным изменениям в циркуляторной, сердечной и дыхательной функциях. В организме человека в состоянии покоя скелетная мышца получает примерно 5 мл крови на 100 г ткани.
Во время тяжелых физических упражнений доля минутного сердечного объема мышечной ткани может возрастать у тренированного организма до четырех пятых или даже больше от общего минутного объема (рис. 1). Выделение кислорода также возрастает, в пользу чего свидетельствует повышение артериовенозной разности с 25% в состоянии покоя до 80% или даже больше при максимальной физической нагрузке.
Таким образом, потребление кислорода в рабочей мышце может возрастать в сто раз; это на самом деле небольшое повышение в сравнении с некоторыми животными, у которых повышение может быть в тысячи раз.
Обмен в мышцах характеризуется следующими утверждениями о биохимическом энергетическом объеме:
- химическая энергия накапливается в мышцах в виде АТФ и креатинфосфата;
- АТФ предоставляет энергию для всех типов мышечной работы;
- АТФазы - ферменты, которые расщепляют АТФ и высвобождают энергию для мышечной работы и обмена веществ, являются потребителем.
