Какую энергию использует организм для мышечного сокращения

Деятельность мышц, как любой процесс, происходящий в организме, требует энергии. Энергия нужна даже на работу мельчайших мышц глаза, дыхательных мышц и мышц сосудов или внутренних органов. Живой организм расходует энергию даже в состоянии глубокого наркоза или комы.

Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается в результате распада химических веществ. Мышечная клетка устроена природой так, что может использовать для своего сокращения энергию распада только одного-единственного химического вещества - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Энергия распада других веществ для сокращения мышцы не подходит
(вот как все хитро в организме). Соответственно, во время мышечного сокращения происходит распад АТФ в работающей мышечной клетке. И если бы не было механизмов восстановления этого вещества, то мышца, сократившись один-два раза, навсегда потеряла бы эту способность. Но природа предусмотрела возможность восстанавливать АТФ. И вот для ее восстановления уже подходит энергия распада практически любого вещества. Обычно это углеводы, реже - жиры, еще реже - белки или другие вещества. Запасы этих веществ поступают в организм вместе с пищей.

Распад веществ в мышечной клетке может происходить двумя основными путями : при участии кислорода (аэробно) и без участия кислорода (анаэробно). У каждого способа есть свои преимущества и недостатки.

Преимущество распада веществ с участием кислорода (аэробного) в том, что такой распад не сопровождается накоплением в организме промежуточных недоокисленных продуктов обмена. Вещества расщепляются до конечных продуктов - углекислого газа и воды. Полный распад дает, соответственно, много энергии, поэтому является более экономичным, чем неполный распад (однако требует большого количества времени). Кроме того, с помощью кислорода можно расщепить практически любые вещества, имеющиеся в организме - углеводы, жиры, белки. Недостатком же является чрезвычайная длительность такого способа распада, поэтому он не может использоваться в начале работы или в случаях, когда деятельность достаточно интенсивна и требует высокой скорости освобождения энергии.

Преимуществом бескислородного (анаэробного) распада является высокая скорость освобождения энергии, необходимой для синтеза АТФ, что позволяет выполнять чрезвычайно интенсивную работу. Но существует и ряд недостатков такого способа расщепления.
Во-первых, без участия кислорода в мышечных клетках способны расщепляться не все вещества, а только определенные виды углеводов (глюкоза и ее производное - гликоген , причем обычно используется гликоген) и химическое вещество под названием креатинфосфат. Запасы этих веществ в клетке не безграничны. Креатинфосфат или гликоген должны либо восстанавливаться, либо поступать из крови. На оба процесса требуется определенное время, в течение которого интенсивную работу выполнять уже невозможно.
Запасов креатинфосфата в мышечной клетке хватает на работу в течение нескольких секунд (5-6 секунд). За счет запасов гликогена можно выполнять работу в течение нескольких минут (3-4 минуты), но это будет уже менее интенсивная деятельность. Во-вторых, без участия кислорода вещества расщепляются неполностью, поэтому в мышцах накапливаются недоокисленные продукты распада
(наиболее известным является молочная кислота - один из возможных продуктов неполного распада гликогена). Эти недоокисленные вещества, изменяют внутреннюю среду клеток так, что клетки становятся неспособны выполнять свои функции. То есть мышца становится неспособной более сокращаться, и человек прекращает работу.

Благодаря рекламе, сугубо биохимический термин pH стал известен широкому кругу людей. Показатель pH - это показатель кислотности-щелочности. Его величина указывает, кислотным, щелочным или нейтральным является среда, и насколько сильна щелочь или кислота. Уровень pH равный 7.0 указывает на нейтральность среды. Уровень pH больше 7.0 - на щелочность (чем выше, тем сильнее щелочь), и, наконец, уровень pH ниже 7.0 означает кислотность среды (чем меньше величина pH, тем сильнее кислота).
При бескислородном способе расщепления веществ недоокисленные продукты распада изменяют уровень pH клеток в кислую сторону, что чрезвычайно существенно сказывается на деятельности клеточных структур.

В действительности же во время мышечной деятельности наблюдаются оба варианта распада веществ, однако, один из них, как правило, преобладает.

Если при работе распад веществ для восстановления АТФ происходит преимущественно с участием кислорода, такая работа называется аэробной. Если же распад веществ происходит преимущественно без участия кислорода, такая работа называется анаэробной.

Подытожим вышесказанное.

Для мышечного сокращения необходима энергия распада АТФ.
Запасы АТФ в мышце должны пополняться, для чего необходима энергия распада других веществ.
Существует два основных способа расщепления веществ: кислородный и бескислородный.
С помощью кислорода можно расщепить углеводы, жиры или белки. Вещества расщепляются до углекислого газа и воды, и освобождается большое количество энергии, но этот процесс продолжается чрезвычайно долго.
Без кислорода можно расщепить только креатинфосфат и гликоген (реже - глюкозу), при этом вещества расщепляются неполностью, и образуются недоокисленные продукты распада, однако процесс расщепления протекает быстро.
За счет кислородного расщепления веществ энергией обеспечивается малоинтенсивная работа, но такая деятельность может продолжаться долго (до нескольких часов).
За счет расщепления гликогена энергией обеспечивается интенсивная работа, которая может продолжаться от 20 секунд до 4-5 минут, а также начало любой деятельности.
За счет расщепления креатинфосфата энергией обеспечивается максимально интенсивная работа, длительность которой не более 5-6 секунд. Этот же способ энергообеспечения используется в начале любой деятельности.

Схематично реакции распада веществ выглядят следующим образом (выделившаяся энергия используется для синтеза АТФ):

Кислородные способы расщепления веществ.

кислород + углевод = углекислый газ + вода + энергия

Наиболее распространенная и быстрая из кислородных реакций.
Пример работы, выполняемой за счет этого способа восстановления АТФ - любой вид деятельности, который может выполняться более 30 минут с одинаковой интенсивностью, например, небыстрый бег.

кислород + жир = углекислый газ + вода + энергия

Мечта желающих похудеть.
Пример работы, выполняемой за счет этого способа восстановления АТФ - длительный бег трусцой, длительная ходьба на лыжах и другая работа, которую можно выполнять долго. Расщепление жиров начнется примерно после 30-40-ой минуты работы (у тренированных к этому виду работы людей значительно раньше - на 15-20 минуте).
Расщепление жиров дает примерно в два раза больше энергии, чем расщепление углеводов, но этот процесс намного сложнее и длительнее.

кислород + белок = углекислый газ + вода + энергия

Белки слишком ценные для организма вещества, чтобы использовать их для освобождения энергии. Эта реакция наблюдается при чрезмерно выраженном утомлении или переутомлении.
Пример работы, выполняемой за счет этого способа восстановления АТФ - любой более или менее интенсивный и длительный вид деятельности, выполняемый на фоне чрезмерного утомления, переутомления, болезни.

Бескислородные способы расщепления веществ.

Без помощи кислорода можно неполностью расщепить креатинфосфат или гликоген (реже - глюкозу).

кратинфосфат => креатин + фосфат + энергия

Чрезвычайно быстрый способ, при котором освобождается много энергии.
Пример работы, выполняемой за счет этого способа восстановления АТФ - максимально быстрый бег в течение 5-6 секунд, прыжок с места, однократный подъем штанги и так далее. Этот же способ запускается в начале любой более или менее интенсивной деятельности.
Креатин в этой реакции - недоокисленный продукт распада.

гликоген => недоокисленные продукты (например, молочная кислота) + энергия

Достаточно быстрый способ. С его помощью можно выполнять работу, длительностью 3-5 минут. За это время в клетках успевает образоваться огромное количество недоокисленных продуктов распада, что заставляет их прекратить работу.
Пример работы, выполняемой за счет этого способа восстановления АТФ - бег с интенсивностью, которую можно выдержать от 20-30 секунд до 4-5 минут. Например - бег на дистанции 400 м, 800 м, 1000 м, плавание на дистанции 100 м и 200 м, скоростной бег на коньках на дистанции 500 м, 1000 м, 1500 м, велогонки - гиты на 1000 м, гребля на дистанции 500 м и 1000 м и др.

Источник:http://www.karina-kazak.narod.ru/phisiol/base_content/energ.html