Мышечная энергетика

Переключения энергетических систем в мышцах

из статьи Hughson et al

Вот что происходит в мышцах при начале не самого сильного упражнения, в качестве показательной картины неравномерного и неодновременного задействования энергетических систем клеток.

Почему скелетные мышцы? Это будет хорошей отправной точкой — раз, ну и мышцы и мозги живут в одном теле, и метаболизм у них вообще говоря общий во многом — два. При этом мышечные процессы и возможности гораздо легче наблюдать. Ну и у нас тут кинезиологическая группа все-таки :)

Итак, допустим, вы побежали (вы, не аутист :)

В течении первых десятков секунд мышцы расходуют запас фосфокреатина (PCr). Затем подхватывает задачу гликолиз. И лишь после 2-3 минут начинает работать кислородный (аэробный) процесс окислительного фосфорилирования — тот самый процесс с дыхательной цепью и циклом Креббса. Этому есть много причин — “котел” митохондрий надо еще “раскочегарить”, а чтобы для этого процесса хватало кислорода — необходимо участить дыхание и увеличить ток крови (поднять пульс). Все это занимает время, на протяжении которого вы бежите на запасах фосфокреатина и на анаэробном процессе гликолиза.

Этот эффект можно легко прочуствовать — сначала вам бежится легко (первые 100 метров), а потом, особенно если вы не очень тренированы, хочется все бросить и остановиться. Фосфокреатин уже кончается, а митохондрии еще не подхватили :)

Однако если вы предварительно хорошо размялись, этот процесс пройдет гораздо легче.

Считается, что у детей в норме с гликолизом и фосфокреатином похуже, зато митохондрии очень даже наготове. У аутистов все наоборот.

Мышечные волокна

ATPase stain

Мышцы состоят из волокон. На картинке поперечный срез типичной скелетной мышцы. Каждая клетка на этом срезе — как раз волокно (волокна и есть длиннющая серия клеток, сросшихся между собой). Этот срез подкрашен (stained) реагентом, который темнее там, где митохондрий больше (грубо говоря).

Явно видно два класса волокон, и даже без подкрашивания те, что темные выглядят краснее, а другие — белее. Это свойство с XIX века известно, однако сейчас обычно волокна разделяют на три типа:

• Тип I: “красные”, аэробные, богатые митохондриями — относительно медленные и слабые но практически неутомимые. В них малы запасы глюкозы (гликогена)
• Тип IIa: “гибридные”, гораздо беднее митохондриями, но все еще способные к долгой работе — быстрые, средней силы и тоже весьма выносливые
• Тип IIb: “белые”, анаэробные (на гликолизе работают), бедные митохондриями — самые быстрые и самые сильные, но исключительно быстро утомляемые, зато богаты гликогеном.

Даже эта классификация упрощенная, продвинутые источники еще больше подвидов выделяют, см. Schiaffino&Reggiani 2011

При обычных движениях мы не задействуем все волокна одновременно. Сила, развиваемая мышцей, диктует количество активных волокон.

Нам важны здесь два вывода: во-первых, то, что в учебниках рисуют как единый конвеер, общий для всех клеток тела (энергия добывается путем гликолиза глюкозы, что служит входом для митохондрий и их цикла Креббса) — не только не является таковым, но и вот в мышцах есть клетки преимущественно на гликолизе и преимущественно на митохондриях.

Во-вторых, в мышцах можно выделить минимум две разных системы, два разных режима работы. Одна способна работать постоянно, но несильно (“разлитый” по мышцам тонус, например), вторая — только на относительно краткое время (целенаправленные движения). И они еще и разной энергетикой обеспечены.

Литература

1. Romijin et al: Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism 1993
2. Hughson et al: Regulation of Oxygen Consumption at the Onset of Exercise 2001
3. Schiaffino, Carlo Reggiani: Fiber Types in Mammalian Skeletal Muscles 2011]