2.2 Фосфагенная энергетическая система

Восстановление резерва АТФ осуществляется почти одномоментно с началом распада АТФ до АДФ. Оно происходит за счет энергии другого высокоэнергетического фосфатного соединения - креатинфосфата (КрФ) (азотистое небелковое соединение). АТФ и КрФ относятся к одной группе энергетических соединений - фосфагенов. При отщеплении фосфатной группы от КрФ освобождается большое количество энергии: в среднем 10,5 ккал при расщеплении 1 моля КрФ. В результате такого расщепления обра­зуется креатин и свободный фосфат. Энергия расщепления КрФ немедленно и без посредников используется для синтеза АТФ из АДФ. Таким образом, КрФ - это первый энергетический резерв мышцы, действующий как сроч­ный поставщик энергии для восстановления в мышце АТФ. АТФ и КрФ действуют в мышце как единая система энергообеспечения. Ее деятель­ность не зависит от сложных химических реакций, от доставки Ог к мыш­цам, поэтому это наиболее быстрый источник энергии, используемый мы­шечными волокнами с начала их сокращения.

Фосфагенная система обладает наибольшей мощностью по сравне­нию с другими системами. Она играет решающую роль в энергообеспече­нии работ предельной мощности (спринтерский бег, подъем штанги, мета­ния, прыжки), осуществляемых с максимально возможными по силе и ско­рости сокращениями мышц. Но емкость фосфагенной системы невелика, так как запасы АТФ и КрФ в мышце очень ограничены.

В 20-ти килограммах мышц (средний показатель мускулатуры чело­века) емкость фосфагенной системы составляет около 5 ккал. Поэтому ра­бота с предельной мощностью, которая обеспечивается почти исключи­тельно фосфагенной анаэробной системой, может продолжаться с энергети­ческой точки зрения не более нескольких секунд. Например, при спринтер­ском беге энергетический запрос работающих мышц достигает около 1 ккал/сек. Поскольку емкость фосфагенной системы ~ 5 ккал, такая работа теоретически может продолжаться не более 5 секунд. Поэтому, если выпол­няется работа большей продолжительности, ее энергетическое обеспечение не может осуществляться только за счет запасов мышечных фосфагенов АТФ и КрФ, в этом случае к энергообеспечению подключаются и другие энергосистемы организма.

2.3 Лактацидная (гликолитическая) энергетическая система

В основе деятельности этой системы, обеспечивающей ресинтез АТФ и КрФ, лежит цепь химических реакций анаэробного расщепления глико­гена и глюкозы. В результате таких реакций образуется молочная кислота -пактам. Совокупность этих реакций называется анаэробным гликолизом. Отсюда второе название этой системы - гликолитическая. В результате гликолиза освобождается энергия, позволяющая ресинтезировать АТФ.

Энергетическими субстратами гликолиза служат углеводы, главным образом гликоген, запасенный в мышечных клетках, и в меньшей степени глюкоза. Гликоген - это полисахарид, мономером которого является глюко­за. При расщеплении молекулы гликогена от нее последовательно отщеп­ляются молекулы глюкозы - глюкозные единицы. Глюкоза поступает в мышцы также через кровь из печени (тоже запасы гликогена). Анаэробное расщепление гликогена (гликогенолиз) в мышечных клетках имеет энерге­тическое преимущество перед анаэробным расщеплением глюкозы (глико­лизом), так как каждая глюкозная единица из молекулы мышечного глико­гена в процессе гликолиза дает энергию для ресинтеза 3 молекул АТФ, а каждая молекула глюкозы - только для 2 молекул АТФ.

В ходе анаэробного гликогенолиза из каждой глюкозной единицы об­разуется 2 молекулы молочной, кислоты (реакции идут в саркоплазме с участием гликолитических ферментов).

Анаэробный гликогенолиз развертывается практически с начала мы­шечной работы, но максимальной мощности достигает лишь через 30-40 се­кунд. Поэтому наибольшие концентрации молочной кислоты в мышцах и в крови обнаруживаются за этим временным порогом (более 30 секунд). При более кратковременной работе энергетическая роль лактацидной системы соответственно меньше.

Лактацидная система мышц характеризуется большой мощностью, т.е высокой скоростью энергообразования. Мощность лактацидной системы ~ в 3 раза ниже мощности фосфагенной системы, но ~ 1,5 раза выше, чем ки­слородной. Лактацидная система играет решающую роль в энергетическом обеспечении работ очень большой мощности, которые могут продолжаться от 20 секунд до 1-2 минут и связаны с сильными мышечными сокращения­ми, сопровождающимися большой скоростью расщепления и, соответст­венно, ресинтеза АТФ (например, бег на дистанцию от 200 до 800 метров, плавание на дистанцию от 50 до 200 метров и так далее).

Лактацидная система функционирует всегда в тех случаях, когда ра­ботающие мышцы испытывают недостаток в снабжении кислородом. Такие условия возникают не только при работах очень большой мощности, но и в самом начале любой работы, когда снабжение мышц кислородом отстает от потребности в нем, а также при статической работе даже небольшой силы, когда из-за внутримышечного давления резко ограничивается кровоснабже­ние, а, следовательно, и обеспечение мышц кислородом.

Образующаяся в процессе анаэробного гликогенолиза и гликолиза молочная кислота постепенно диффундирует в кровь. Она скапливается внутри мышечных клеток, вызывая в конце концов сдвиг внутриклеточной среды в кислую сторону. По мере накопления молочной кислоты происхо­дит угнетение, вплоть до полного торможения, активности гликолитиче­ских ферментов мышечных клеток, в частности, фосфорилазъу,и фосфо-фруктокиназы. В результате снижается скорость гликолиза и количество энергии, образующейся в единицу времени за счетлактацидной системы,

Поэтому емкость лактацидной системы в основном лимитируется не содержанием ее энергетических субстратов - углеводов, а концентрацией молочной кислоты - конечного продукта деятельности этой системы. Во всей массе активных мышц (20 килограмм) при образовании молочной ки­слоты освобождается около 9 ккал энергии.

Таким образом, энергетическая емкость лактацидной системы при­мерно в 2, 5 раза больше, чем фосфагенной системы.