Биоэнергетика мышечного сокращения

Биоэнергетика мышечного сокращения характеризует химиче­ские основы процессов автоматического управления в мышечной системе. Она указывает на наличие замкнутых цепей саморегуля­ции химических реакций, обеспечивающих как аккумуляцию, так и распад энергетического материала в мышечных клетках.

Сократительные элементы мышцы — миофибриллы работают по принципу хемодинамической машины, в которой химическая энер­гия переходит в механическую, минуя тепловую. Этим объясняется высокий коэффициент полезного действия работы мышцы (35—50%).

В работе мышцы противоположные процессы расщепления и вос­становления протекают все время и в каждый отрезок времени как единый неразрывный процесс. Эти биохимические процессы цикличны. Например, при сокращении мышцы аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) расщепляется до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ), последняя снова превращается в АТФ благодаря гликоли­зу или за счет распада креатинфосфата. Установлено, что в мышце фосфорной кислоты связано с креатином в виде креатинфосфорной кислоты. В процессе деятельности это вещество распадает­ся на креатин и фосфорную кислоту и сейчас же после сокращения восстанавливается частью анаэробно, частью — аэробно.

Механохимические превращения в мышце можно изобразить следующим образом:

Непосредственным источником энергии мышечного сокращения является, по-видимому, распад АТФ с образованием АДФ, при ко­тором происходит освобождение энергии одной макроэргической фосфатной связи, АДФ вновь превращается в АТФ в результате гликолиза, при котором глюкоза распадается до пирувата, и окис­ления пирувата С0₂ и Н₂0 в цикле Кребса.

При одиночном сокращении теплообразование можно разделить на две части; 1) теплоту активации, постоянную по величине, и 2) теплоту укорочения, равную примерно 350 попе­речного сечения и 1 см укорочения мышцы. Общее количество теп­ла описывается следующим соотношением:

где А—теплота активации; а — постоянная, не зависящая от на­грузки; х — величина укорочения мышцы.

Начальная теплота одиночного сокращения соответствует ос­вобождаемой мышцей механической энергии. Так как последняя не всегда полностью используется для производства работы, то более точной мерой потенциальной энергии может служить напряжение, развиваемое ею при изометрическом сокращении. Если обозначить это напряжение через , длину покоящейся мышцы через то на­чальная теплота мышцы пропорциональна произведению Изометрический коэффициент, представляющий отношение этих величин, является величиной постоянной:

Изометрический коэффициент сохраняет постоянную величину независимо от силы раздражения, температуры, наличия или отсут­ствия кислорода. Следовательно, для развития одинакового напря­жения мышца при всех условиях должна давать постоянную на­чальную теплоту.

Таким образом, биоэнергетика мышцы основана на серии сопря­женных круговых процессов:

1) распад АТФ и ее обратный синтез,

2) распад и синтез АДФ,

3) распад и ресинтез креатинфосфорной кислоты,

4) гликолитический процесс и ресинтез гликогена.