БИОЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ПУТИ ЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Универсальная роль ЛТФ как основного носителя химической энергии в
органах и тканях организма давно доказана. Трудно представить какой-
либо биохимический процесс или вид обмена без участия АТФ: это и
активирование субстратов, и их транспорт в клетки, и включение их в
реакции как распада, гак и синтеза и многое другое.

В связи с исключительной ролью АТФ в обменных процессах можно полагать, что снижение концентрации этого метаболита в тканях будет сопряжено с развитием тех или иных патологических процессов. С другой стороны, любой патологический процесс на определенной стадии своего развития сам приводит к нарушению продукции АТФ в клетках тканей и к еще большему усугублению ситуации в организме. Примерами таких нарушений могут служить состояния гипоксии при сердечно-легочной патологии, различных анемиях, интоксикациях и т.д. Биоэнергетика всего организма складывается из способностей тканей и органов ресинтезнропать АТФ после ее расходования в многочисленных процессах.

Различают несколько механизмов синтеза АТФ в клетказ, основные из них вам уже известны.

 

а) креатинфосфокиназный механизм, который по реакции

КФК

креатинфосфат + АДФ ® креатин + АТФ

Этот путь является одним из самых быстрых и следовательно мощных. Использующийся в этой реакции креатинфосфат восполняется с помощью креатинфосфатного челночного механизма. Этот механизм образования АДФ мощно представлен в мышечных волокнах (преимущественно белых), а также в миокарде и головном мозге.

Например, в мышцах его мощность (использование энергии в единицу времени) составляет 3,8 кдж/мин х кг. Емкость, т.е. время максимального использования креатинфосфата мышц- всего лишь 10 - 15 сек. Эффективность, т.е. коэффициент полезного действия, очень велика даже для биологических систем и составляет 76%. Это и понятно, т.к. АТФ образуется всего лишь в одной реакции, когда рассеивание энергии (например, на тепло) очень мало,

б) ресинтез АТФ и гликолитическом пути

В результате окисления триоз (фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона) в расчете на 1 моль глюкозы образуется 4 моля АТФ (путем субстратного фосфорилирования АДФ 1,3-дифосфоглицериновой кислотой и фосфоэнолпируватам).

Однако, из этих 4 молей АТФ 2 моля уходят на активирование глюкозы с образованием 1,6-фруктозодифосфата. Общий итог энергетики гликолиза-

2 моля АТФ/моль глюкозы. Этот путь образования АТФ представлен во всех органах и тканях. Разница между тканями и органами может заключаться лишь в том, будет ли гликолиз аэробным, когда конечным продуктом является ПВК, или анаэробным, когда в итоге образуется лактат. Так, например в миокарде гликолиз протекает до ПВК, которая утилизируется в АсКоА и сгорает в MX, а в скелетной мышце (белые волокна) гликолиз носит анаэробный характер и продуцирует лактат, который, накапливаясь в мышце и поступая в кровь, приводит к ацидозу.

При анализе этого механизма следует иметь в виду, что гликолиз в экстремальных ситуациях может увеличивать свою скорость в 2000 раз, что делает производство энергии АТФ в этом пути ведущим. Другое дело, что за это организм расплачивается накоплением лактата и ацидозом.

Мощность гликолитического пути образования АТФ в скелетных мышцах несколько меньше, чем креатинфосфатного механизма, и составляет 2,5 кдж/мин кг. Емкость, т.е. время оптимальной работы механизма- 30 сек- 2,5 мин. Эффективность процесса очень низка (~ 4%), что и понятно, т.к. в многочисленных реакциях гликолиза много энергии уходит на образование тепла. Кстати, именно гликолиз и цикл Кребса спасают организм от замерзания.

Основным механизмом продукции АТФ в органах и тканях является окислительное фосфорилирование в MX клеток. Этот аэробный путь окисления карбоновых кислот при расчете на 1 моль глюкозы позволяет получить 38 молей АТФ. Он также представлен во всех органах и тканях и особенно развит в миокарде, красных мышечных волокнах, в почках, печени и головном мозге. Субстратами окисления в MX клеток может быть не только ПВК, но также жирные кислоты (вспомните b- окисление этих кислот) и кетоновые тела. Следует отметить, что разные органы избирательно относятся к этим субстратам: головной мозг использует преимущественно глюкозу (вспомните гипогликемическую кому), а миокард - жирные кислоты, лактат и кетоновые тела.

Мышцы в этом отношении универсальны: в зависимости от характера работы они могут использовать или глюкозу, или жирные кислоты и кетоновые тела, или лактат. Мощность этою механизма в скелетных мышцах меньше, чем у гликолиза и составляет ~ 1 кдж/ мин кг. Емкость, учитывая большие запасы субстратов (особенно жиров) в организме равна многим часам. Эффективность довольно высока и составляет 50 - 60 %. В отличие от гликолиза, столь высокая эффективность достигается упорядоченностью структур и процессов в MX (вспомните дыхательную цепь).

г) Еще одним механизмом образования АТФ в клетках является аденилаткиназный, который осуществляется в реакции:

аденилаткиназа

Он редко включается в работу и характерен для степени крайнего утомления, когда возможности других механизмов уже исчерпаны.

д) Существует еще несколько путей дополнительной продукции АТФ в клетках, обоснована вероятность их существования, но с биоэнергетических позиций они еще практически не изучены. На втором курсе при изучении роли изоферментов дегидрогеназ разбиралась суть малатого и глицерофосфатного челночных механизмов, обеспечивающих транспорт потенциальной энергии окисления НАДН₂ из цитоплазмы в MX. Малатный механизм дополнительно продуцирует 3 моля АТФ на моль НАДН₂, а глицерофосфатный - 2 моля АТФ.

Не вдаваясь в детали функционирования этих челночных механизмов отмечу, что

■ глицерофосфатный механизмсосредоточен главным образом в белых мышечных волокнах, а его выраженность определяет первенство в соревнованиях по таким видам спорта, как плавание на 200 и 400 м, бег на 800 и 1 500 м и др.;

■ малатный механизмхарактерен для красных мышечных волокон,а

его тренированность приводит к победам в тех видах спорта, где необходима выносливость (бег на длинные дистанции, лыжные гонки на 50 км и др.).

Современный молодой человек не может мыслить свое существование без физических упражнений, т.е. без физкультуры и спорта, но для того, чтобы понять это , необходим минимум знаний о том, а что дают эти упражнения организму и какими путями можно добиться ощутимых успехов в спорте. Физические упражнения разной интенсвности и длительности оказывают разное воздействие на организм, т.к. включают разные мехаизмы продукции АТФ.

Такие упражнения, как бег на 100м, осуществляются, например, на креатинфосфатном механизме. Это же касается и плавания на 50м.Скоротечность нагрузки при этих упражнениях не позволяет включиться гликолизу. Дыхание в MX также не успевает авизироваться. Изменения в организме наблюдаются лишь после упражнения: активируется гликолиз (увеличивается умеренно лактат в крови) и дыхание (восстановление запасов креатинфосфата с участием челночного механизма).

Наиболее значительные сдвиги в организме наблюдаются при таких нагрузках, как плавание па 100, 200 и 400 м, бег на 800 и 1500 м. За время упражнения успевает максимально активизироваться гликолиз, вследствие чего в мышцах и в крови накапливаются максимальные концентрации лактата, возникает ацидоз. Источником энергии в этом случае служат углеводы. Митохондриальные процессы при этом затормаживаются из-за недостатка кислорода. После упражнений все обменные процессы направлены на ликвидацию избытка лактата, что достигается стимуляцией дыхания в митохондриях.

Такие физические нагрузки, как бег на 5, 10, 20 км, а также лыжные гонки обеспечиваингя как гликолизом (умеренное накопление лактата в крови), так и тканевым дыханием. В последнем случае в качестве энергетического сырья все больше выступают жирные кислоты и кетоновые тела.

Приведенные примеры доказывают, что с помощью различных физических упражнений можно целенаправленно управлять биоэнергетическими процессами в организме. Более того, с их же помощью можно предупреждать и успешно лечить многие заболевания. Однако, это возможно лишь в том случае, если лечащий глубоко понимает биохимические механизмы, лежащие в основе лечебного эффекта физических упражнении.

Путями совершенствования биоэнергетики организма в условиях физических нагрузок занимается раздел биохимии, который обозначается как «биохимия спорта». Соответствующая лабораторная служба называется биохимическим контролем в спорте.

В основе учения о тренирующем влиянии физических нагрузок на организм лежит понятие адаптации. Для каждого вида спорта разработаны условия тренировок, когда адаптация, т.е. привыкание к все возрастающим нагрузкам, проявляется в максимальной степени. То же самое касается и обычных людей, не занимающихся спортом, но желающих укрепить свое здоровье.

Влияние физической работы (не только специальных упражнений) на обменные процессы в организме затрагивает все органы и системы: резко стимулируется продукция АТФ в сердце, активируется работа легких. В печени в период нагрузки усиливается распад гликогена, синтез мочевины. Активируются выделительная система, особенно функции кожи. Усиливается обмен в головном мозге.

Основные же биохимические процессы в организме разворачиваются в период восстановления после нагрузки. Посстановительные процессы имеют очень важное свойство: большинство биохимических параметров биоэнергетики достигают уровня, который выше начального, т.е. до нагрузки. Это так называемая фаза сверхвосстановления. Если на этом фоне нагрузку повторить, то последующий уровень показателей будет еще выше и тд. Именно таким путем достигается эффект адаптации к физическим нагрузкам. Если не соблюдать это правило, то можно получить или нулевой эффект или отрицательный итог нагрузки.

Для полноты картинв следует отметить и те сдвиги в организме, когда
человек не проявляет достаточной физической активности. В этих
условиях мышцы становятся дряблыми, стимулирующее действие
физической нагрузки на другие органы и ткани ослабевает; ацетилКоА,
образующийся in yi ш-индии, расходуется не на производство энергии
АТФ, а на синтез -жирных кислот и холестерина. Итогом является
ожирение, атеросклероз. Снижаются функции сердечно-сосудистой
системы и легких, развивается одышка и стенокардия напряжения и т.д.
Таким образом, мышечная активность - это не только «средство
передвижении", но и прежде всего - профилактика многочисленных
заболевании Методы этой профилактики работают в руках только
образованны в этихвопросах специалистов.

 

 

Список литератур

1. Баркаган 3.С. Геморрагические заболевания и синдромы. -М : Медицина. - 1988. - 526с.

2. Бышевский А.Ш., Галян С.Л. Витамин К-зависимые белки системы свертывания крови.//Успехи современной биологии - 1983. -№2-с.272-280

3. Вапцаров И., Иомтов М, Савов С, и др. Диспротеинсмии. - София.: Медицина и физкультура. - 1978. - 336с.

4. Иванов Е.П. Диагностика нарушении гемостаза. - Минск: Беларусь. - 1983. -221с.

5. Клиническая оценка лабораторных тестов /Ред. НУ. Тип. - М.: Медицина. -1986.-479с.

6. Кон P.M., Рот К.С. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. -М.: Медицина. - 1986. – 640с

7. Лабораторные методы исследования в клинике / Ред. В. В.Меньшиков. - М: Медицина. - 1987. -365с.

8. Мусил Я. Основы биохимии патологических процессов. М.: Медицина. - 1985. -314с.

9. Николаев А.Я. Биологическая химия. -М.: Высшая школа. - 1989. -456с.

10.Строев Е.А. Биологическая химия. -М.: Высшая школа, 1986. -478с.

11.Страйер Л. Биохимия в 3-х томах. -М.: Мир. - 1985

12.Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии. М.: Мир. - 1981. - Т. 1-3. -1879с.

13.Хашен Р., Шейх Д. Очерки по патологической биохимии. - М.: Медицина. -1981.-252с.

14.Мецлер Д. Биохимия. -М.: Мир. - 1980. -Т. 1-3. - 1458с.

15.Ленинджер А. Основы биохимии. -М.: Мир. - 1985. -7' 1-3 - 1056с

16.Березов Т.Т, Коровкин Б.Ф. Биологическая химия.- М.: «Медицина».-1998.-704с

17.. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. Биохимия для врача.- Екатеринбург: «Уральский рабочий».- 1994.-383с

18..Камышников В.С. Клинико-биохимическая лабораторная диагностика, том 1.-Минск: Интерпрессервис.-2003

19. Кухта В.К., Морозкина Т.С. Основы биохимии.- М.: «Медицина».- 1999

20. Марри Р., Греннер Д., Мейес П. Биохимия человека, том 1.- М.: «Мир».- 1993

21. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: «Мир».- 2000.

 

Содержание

 

Раздел VIII

Обмен углеводов

Переваривание и всасывание углеводов.........

Содержание глюкозы в крови, образование и распад

гликогена и печени............................................

Использование углеводов в клетках и тканях организма

Регуляция гликогенной функции печени и содержание

глюкозы в крови..............................................

Нарушения углеводного обмена..........

Раздел IX

Обмен липидов

Обмен жиров...................

Обмен фосфатидов... .............

Обмен стеринов

Патология липидного обмена ................

Раздел X

Обмен белков

Переваривание белков

Всасывание продуктов переваривание белков

Превращение аминокислот в организме

Синтез азотных небелковых веществ из аминокислот

Обмен сложных белков.....................................

Патология обмена белков................................

Раздел XI

Водно-солевой и минеральный обмен

Роль воды в организме.....................................

Обмен минеральных веществ...........................

Осмотическое давление и рН среды................

Регуляция водно-минерального обмена..........

Патология водно-минерального обмена и КОС

pН и буферные системы организма.................

Раздел XII

Взаимосвязь обменных процессов в организме

Роль печени в обмене веществ.........................

Раздел XIII

Гемостаз

Роль сосудистой стенки.....................................

Роль тромбоцитов

Коагуляционный гемостаз.......... ............

Противосвертывающая система (антикоагулянты)

Система фибринолиза

Нарушения коагуляционного гемостаза...........

Раздел XIV

Биохимия нервной системы

 

Раздел XV

Биохимия мышц и мышечного сокращения....

Раздел XVI

Биоэнергетика мышечной деятельности

и пути ее совершенствования