Источники энергии и типы волокон

Мышца хранит АТФ лишь на несколько секунд сокращения, поэтому должна постоянно производить новую.

Маленький запас

Каждый цикл поперечного мостика и каждый кальциевый насос используют АТФ, но мышечное волокно хранит её лишь на несколько секунд сокращения. Оно должно восстанавливать АТФ почти с той же скоростью, с какой расходует. Мышечные клетки делают это тремя способами, различающимися скоростью и длительностью работы.

Креатинфосфат: первые секунды

В покоящейся мышце запасная АТФ передаёт фосфатную группу молекуле креатина, образуя креатинфосфат. Когда начинается сокращение, фермент креатинкиназа переносит фосфат обратно на АДФ, снова образуя АТФ. Реакция очень быстрая, но запас невелик и обеспечивает лишь около 15 секунд работы.

Гликолиз: быстро, но неэкономно

Затем идёт гликолиз, при котором глюкоза расщепляется без кислорода. Глюкоза поступает из крови или из запасённого в мышце гликогена. Гликолиз медленнее креатинфосфатной реакции и не слишком эффективен: каждая молекула глюкозы даёт чистый выход всего двух АТФ и две молекулы пировиноградной кислоты. При нехватке кислорода пировиноградная кислота превращается в молочную, что позволяет продолжать гликолиз и может усиливать утомление. Сам по себе гликолиз обеспечивает лишь около минуты активности, чего достаточно для коротких интенсивных усилий.

Аэробное дыхание: медленно и устойчиво

При наличии кислорода митохондрии полностью расщепляют глюкозу, пировиноградную кислоту и жирные кислоты до углекислого газа и воды. Это аэробное дыхание даёт около 30–32 АТФ на молекулу глюкозы, намного больше гликолиза, но идёт медленнее и требует постоянного поступления кислорода. Оно обеспечивает около 95 процентов АТФ, используемой мышцами в покое или при умеренной работе. Белок миоглобин удерживает небольшой запас кислорода внутри волокон. После тяжёлого усилия дыхание некоторое время остаётся частым, поскольку для восстановления АТФ и креатинфосфата и переработки молочной кислоты нужен дополнительный кислород. Эту дополнительную потребность называют кислородным долгом.

Почему мышцы устают

Мышечное утомление означает, что мышца уже не может полностью отвечать на сигналы нервной системы. Его причины ещё не до конца понятны. С ним связывают снижение АТФ, понижение внутриклеточного pH и нарушение баланса натрия и калия, мешающее высвобождению кальция. Нервная система также распределяет работу: при длительных равномерных нагрузках одни двигательные единицы отдыхают, пока другие активны.

Три типа волокон

Скелетные мышечные волокна различаются скоростью сокращения и способом образования АТФ. Медленные окислительные (SO) волокна сокращаются медленно и используют аэробное дыхание. Они тонкие, богаты митохондриями и капиллярами, а миоглобин окрашивает их в красный цвет. Они создают небольшое натяжение, но работают долго, что подходит для поддержания позы. Быстрые окислительные (FO) волокна сокращаются быстро, но тоже в основном используют кислород, поэтому создают большее натяжение и немного раньше утомляются; они подходят для таких движений, как ходьба. Быстрые гликолитические (FG) волокна толстые, содержат много гликогена и используют гликолиз. Они светлые, дают быстрые мощные сокращения и быстро утомляются. Быстрые волокна расщепляют АТФ примерно вдвое быстрее медленных, поэтому циклы их поперечных мостиков идут быстрее. Большинство мышц содержит все три типа в пропорциях, соответствующих их работе.

Выключи АТФ на модели, чтобы увидеть, что означает её исчерпание на уровне поперечных мостиков.

Это учебный материал о строении и работе тела. Это не медицинская консультация, и он не предназначен для диагностики или лечения.