Биохимия мышечной деятельности. Метаболизм мышц

Биохимическая адаптация организма при мышечной деятельности направлена на адекватное образование и восполнение энергии, а также на регулирование метаболизма.
Сокращение скелетных мышц под влиянием нервного импульса обеспечивается энергией химических реакций, в результате которых химическая энергия превращается в механическую. Основными субстратами для работы мышц служат высокоэнергетические вещества — фосфагены (аденозимтрифосфорная кислота— АТФ и креатинфосфат — КрФ), углеводы (гликоген и глюкоза) и жиры.

Возбуждение и сокращение мышцы связаны с распадом АТФ и ее взаимодействием с белком мышечной клетки миозином, в результате чего образуется полностью обратимый комплекс — актомиозин. Молекулярный механизм сокращения и расслабления регулируется изменением содержания кальция в актомиозиновом комплексе. Восстановление (ресинтез) АТФ в анаэробных условиях имеет две фазы — креатинкиназную и гликолитическую. В первом случае реакция восстановления АТФ осуществляется при трансфосфорилировании аденозиндифосфата (ЛДФ) с КрФ в присутствии катализатора — фермента креатинкиназы (Кр) в соответствии с уравнением [Иванов И. И. и др.].

Вторая фаза (гликолитическая)—это анаэробное расщепление гликогена с образованием пирувата и молочной кислоты и; выделением энергии для ресинтеза АТФ. Различные механизмы ресинтеза АТФ включаются при мышечной деятельности в определенной последовательности.

Использование различных субстратов и механизмов энергопродукции зависит от продолжительности и интенсивности мышечной деятельности. Так, АТФ и КрФ как основных источников сокращения в скелетной мышце хватает примерно на 10—12 с работы. В связи с этим в ходе мышечной деятельности фосфатные соединения генерируются двумя путями— анаэробным и аэробным (окислительным).

В аэробных условиях при умеренной физической нагрузке мышечный энергообмен поддерживается в устойчивом состоянии дыханием и кровообращением. Образования и накопления молочной кислоты не происходит вследствие декарбоксилирования пирувата. При достаточном снабжении кислородом мышца работает за счет энергии, образующейся в ходе аэробного окисления продуктов распада углеводов, липидов и других субстратов. Этот процесс биологического окисления (цикл Кребса) рассматривается как наиболее целесообразный и эффективный путь энергопродукции при мышечной работе. Так, если анаэробный гликолиз заканчивается образованием молочной кислоты и освобождением энергии в количестве 52 ккал/моль, то окисление углеводов в присутствии кислорода происходит с образованием 686 ккал/моль [Вилли К., Детье В.].

биохимия мышечной деятельности

Однако покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма скелетные мышцы могут лишь при умеренной физической нагрузке. С возрастанием интенсивности мышечной деятельности возможность достаточного снабжения кислородом работающих мышц все более ограничивается вследствие лимитирующей работоспособности кардиореспираторной системы и нарастания кислородного долга. При нагрузках максимальной и субмаксимальной мощности, а также при длительных (2—3 ч и более) нагрузках большой и даже умеренной мощности в организме нарастает дефицит кислорода, увеличивается содержание лактата и других метаболитов обмена веществ, во внутренней среде организма происходит сдвиг в сторону метаболического ацидоза. Возрастает содержание триглицеридов, фосфолипидов, свободных жирных кислот, кетоновых тел.

Усиливаются процессы белкового катаболизма и снижается синтез белка, что отражается на содержании в крови продуктов распада белков: креатина, креатинина, мочевины и др.

В специфических анаэробных условиях спортивной деятельности основной целью биохимической адаптации становится поддержание постоянства внутренней среды организма — гомеостаза и сохранение высокой работоспособности.

По мере снижения интенсивности нагрузки и продолжения мышечной работы в состоянии устойчивого равновесия уменьшается расходование гликогена мышц и в качестве субстрата энергии используются жиры. Усиление окисления жиров способствует экономному расходованию энергии из углеводных источников.

По мнению П. Хочачка и Дж. Сомера, длительная интенсивная работа мышц в аэробных условиях лучше всего обеспечивается при одновременном распаде глюкозы и жиров и зависит от каталитического потенциала окислительных систем, тогда как максимальная интенсивность анаэробной работы обусловливается каталитической способностью ферментов гликолиза.

Рассматривая физические тренировки как оздоровительный фактор, следует обратить внимание на преимущество выполнения работы в аэробном режиме для сердечно-сосудистой системы. Это тем более важно, что в отличие от скелетных мышц миокард очень чувствителен к недостатку кислорода и аэробный механизм ресинтеза АТФ является для миокарда ведущим.

Одним из проявлений дифференцированной биохимической адаптации к физической нагрузке являются различия метаболизма специализированных по ультраструктуре и функции белых «быстрых» и красных «медленных» скелетных мышечных волокон. Вследствие высокой скорости гликолиза, АТФ-азной активности миозина и высокой буферной емкости при низкой активности тканевого дыхания белые мышечные волокна более эффективны в максимальной по интенсивности и кратковременной мышечной работе с анаэробным механизмом энергообеспечения. Красные мышечные волокна, отличающиеся высокой интенсивностью тканевого дыхания (окисления) при низкой скорости гликолиза, АТФ-азной активности миозина, низкой буферной емкости, напротив, более приспособлены к длительной мышечной работе с аэробным метаболизмом энергообеспечения.

Важным звеном адекватной биохимической адаптации являются ферментные системы, инициирующие, поддерживающие и ускоряющие окислительно-восстановительные процессы при физических нагрузках. От активности ферментов-катализаторов зависит эффективность основных субстратов энергопродукции, реакций окислительного фосфорилирования, анаэробного гликолиза и гидролиза фосфагенов. Так, установлена ведущая роль цитоплазматической и митохондриальной креатинфосфокиназы в переносе макреэргических фосфатов. Липолитические ферменты и гормоны инициируют мобилизацию ненасыщенных жирных кислот из жировых депо, их перенос сывороточным альбумином для активного ферментативного окисления в работающих мышцах. В процессе анаэробной тренировки возрастает активность лактатдегидрогеназы, что способствует высокой интенсивности гликолиза.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Морфология спорта и физического развития"

Оглавление темы "Физическое воспитание и спорт":
  1. Физическое воспитание и спорт. Физическое развитие
  2. Тренировка двигательных умений и навыков человека в спорте
  3. Методика построения занятий в спорте и физкультуре. Тренировки
  4. Регуляция мышечной деятельности. Рефлексы
  5. Нейрогуморальная регуляция мышечной деятельности. Влияние гормонов на мышцы
  6. Биохимия мышечной деятельности. Метаболизм мышц
  7. Морфология спорта и физического развития
  8. Оптимизация функции мышц. Перестройка мышц при тренировках
  9. Обследование спортсмена в состоянии покоя. Физиологическая норма

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: