Як працюють м'язи

Питання про те, як працюють м'язи, цікавить вчених ще з давніх пір. Справа в тому, що м'язи беруть участь майже у всіх проявах і сферах життя на Землі. Робота м'язів може проявлятися в таких випадках як:

• активна транспортування молекул;
• розбіжність хромосом в період поділу клітин;
• пересування найпростіших організмів;
• м'язові скорочення у людини і вищих хребетних (найбільш виражено).

Під мікроскопом м'язи людини виглядають як поєднання світлих і темних смуг (поперечно-смугасті нитки). Вони складаються з тонких і товстих білкових ниток, що взаємодіють один з одним. Клітини м'язів складаються з незліченної безлічі міофібрил і оточені мембраною - особливої оболонкою. Міофібрили розташовані у внутрішньоклітинної рідини, що забезпечує їх субстратами енергії. Внутрішньоклітинна рідина містить також глікоген, аденозинтрифосфат (АТФ), гліколітичні ферменти та фосфокреатин. Але не будемо сильно занурюватися в будівлю м'язів, відзначимо лише те, що в активно працюючому м'язі можна спостерігати чимало мітохондрій. Мітохондрії в свою чергу є якимись енергетичними станціями клітин тварин і рослин, і містять певні ферменти, які прискорюють процес накопичення енергії через синтез (освіта) АТФ.

Коли м'язи скорочуються (а тобто, працюють), відбувається ковзання тонких і товстих ниток по відношенню один до одного. Тонкі нитки складаються з актину, а товсті - з міозину. Зв'язування актину миозином забезпечує це саме ковзання ниток. Іони кальцію є фізіологічним регулятором при скороченні м'язів. Нервовий імпульс дає поштовх до вивільнення іонів кальцію в простір, в якому актин і міозин взаємодіють. Коли м'язи знаходяться в стані спокою, іони кальцію транспортуються організмом в особливе сховище і накопичуються там. Звідти і відбувається їх вивільнення нервовим імпульсом, що забезпечує скорочення і роботу м'язів.

Транспортування іонів кальцію забезпечується енергією АТФ. Кількість АТФ в м'язах вистачає для функціонування скорочувального апарату лише в проміжку не більше частки секунди. Так як же здатні м'язи працювати довгий час протягом усього дня?

Пояснення тут таке. Енергія в м'язах накопичується у вигляді креатинфосфату. Ця речовина має більш високим потенціалом перенесення фосфатних груп (високоенергетичних субстанцій), ніж АТФ. Креатинфосфат відновлює АТФ, що забезпечує приплив енергії і м'язове скорочення. Але в процесі м'язової роботи кількість креатинфосфату швидко скорочується, після чого знижуються і запаси АТФ.

Подальшим фактором щодо забезпечення м'язів енергією для ще більш тривалої фізичної роботи є гліколіз. Після того як запаси фосфокреатина (креатинфосфату) в м'язах знижуються і зменшується енергія м'язового скорочення, відбувається стимуляція гліколізу. Гліколіз є процесом розщеплення вуглеводів при дії ферментів і з накопиченням АТФ. Для чого потрібно АТФ, ми вже знаємо.

Але у таких процесів існує один побічний продукт. Під час розщеплення вуглеводів без наявності кисню утворюється молочна кислота (лактат). У підсумку виникають дві молекули АТФ і стільки ж молекул лактату. Але, якщо при гліколізі використовується м'язовий глікоген, тоді формуються три молекули АТФ і дві - лактату. У цьому випадку енергія використовується найбільш ефективно.

Глікоген є головним резервним полисахаридом, запасеним в печінці і м'язах. Цей важливий джерело енергії володіє двонаправленим механізмом. У першому випадку при малій кількості глікогену в печінці і м'язах, і за наявності глюкози в крові, остання використовується для утворення глікогену. По-друге, якщо організм потребує енергетичному джерелі, щоб здійснювати процес гліколізу, для цього досить успішно використовується глікоген.

Ще пару слів з біохімії. Якийсь цикл трикарбонових кислот, крім іншого, ще називається циклом Кребса. Цикл Кребса є завершальним універсальним етапом з розщеплення в організмі углевмістких з'єднань і грає головну роль при обміні енергії і речовин в організмі. Також цикл Кребса має тісне відношення до процесів окисного фосфорилювання і дихання. Окислювальне фосфорилювання відбувається в клітинних мітохондріях. У цьому випадку енергія використовується частково для формування АТФ.

У підсумку, ми розглянули в спрощеному вигляді багатокомпонентну і складну ланцюг реакцій, а також вивчили основні фактори отримання енергії, що використовується у формі АТФ, що і служить механізмом для м'язового скорочення. Ми з'ясували, що енергія може вироблятися різними способами. Кожен з процесів по синтезу АТФ залежить від типу м'язів і часу їх роботи. Наприклад, окисне фосфорилювання проявляється набагато більше в червоних волокнах м'язів (червоного кольору завдяки вмісту і міоглобіну), ніж у білих.