Energetyka skurczu mięśnia szkieletowego

Niezbędna do skurczu mięśnia szkieletowego energia dostarczana jest poprzez kwas adezynotrójfosforowy ATP, a ściślej mówiąc w czasie rozpadu ATP w główce miozyny, katalizowanego przez enzym zwany ATP-azą. W chwili rozpadu ATP na ADP ( kwas adezynodwufosforanowy ) i P (fosfor ) wyzwala się energia mechaniczna oraz energia cieplna. Przy czym energia mechaniczna stanowi 20-25% wytwarzanej energii, natomiast ciepło stanowi, aż 75-80%. Energia mechaniczna wykorzystywana jest do połączenia aktyny z miozyną i w efekcie do skrócenia sarkomeru. Rozpad ATP na ADP + P, katalizowany przez ATP-azę, aktywują jony magnezu Mg⁺² , znajdujące się w główkach miozynowych. Przez cały okres występowania Ca⁺² w sarkoplazmie i gdy ATP jest rozłożony, włókno mięśniowe jest w fazie skurczu.

ATP ADP + P + e. mechaniczna + e. cieplna

Jest to jednak okres bardzo krótki, ponieważ szybko następuje resynteza (odbudowanie) ATP, dzięki energii pochodzącej bezpośrednio z charakterystycznego dla mięśni związku wysoko energetycznego - fosfokreatyny. Przebiega ona wg reakcji:

fosfokreatyna + ADP kreatyna + ATP

Fosfokreatyna stanowi rezerwę energii, która może być szybko wykorzystana do odtworzenia ATP. Oba te związki wysoko energetyczne ( ATP + fosfokreatyna ) znajdują się w stanie równowagi. Reakcje zachodzące w czasie skurczu mięśnia związane z rozpadem i szybką resyntezą ATP można przedstawic następująco:

ATP ADP + P + e. mechaniczna + ciepło

Fosfokreatyna + ADP kreatyna + ATP

Kreatyna + fosfor fosfokreatyna

ADP + fosfokreatyna ATP + kreatyna

ATP ADP

Kreatyna ------------------------------------------------------------- fosfokreatyna

-------------------------------------------------------------

Rezerwy energetyczne pochodzące z fosfokreatyny są jednak nie wystarczające w czasie większej liczby skurczów do odbudowy ATP. Konieczne jest pozyskiwanie cząstek ATP ze wzmożonego oddychania wewnętrznego komórki mięśniowej. Odbywa się to w procesie glikozy, gdzie materiałem energetycznym niezbędnym do pozyskiwania ATP jest glikogen zmagazynowany w mięśniach lub dostarczona przez krew glukoza. Glikogen zostaje rozłożony do glukozy, a następnie ulega przemianom do kwasu pirogronowego, a przy dostępie tlenu do CO₂ i H₂O (glikoliza tlenowa ). Przemianom tym towarzyszy powstanie kilkudziesięciu cząstek ATP ( z dwóch cząstek kwasu pirogronowego powstaje aż 36 cząsteczek ATP ). Mięśnie również pobierają z krwi wolne kwasy tłuszczowe i utleniają je do: H₂O i CO_{2 ,}

wykorzystując, przez to również możliwość pozyskiwania dalszych cząstek ATP. Tlen konieczny do oddychania tlenowego dostarczany jest przez hemoglobinę krwi oraz pochodzi z mioglobiny stanowiącej rezerwę tlenową w mięśniach. Mioglobina posiada większe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina, charakteryzuje się więc taką właściwością, że odbiera tlen hemoglobinie i ,,oddaje'' go mięśniom. Mimo występowania w mięśniach rezerwy tlenowej oraz tego, że podczas zmożonego wysiłku fizycznego krew szybciej płynie przez mięśnie, zaopatrzenie w tlen może okazać się nie wystarczające i w tych warunkach ( deficyt tlenowy ) dochodzi do oddychania beztlenowego i powstania dużej ilości kwasu mlekowego. Nadmierne gromadzenie kwasu mlekowego w mięśniach prowadzi do ich zakwaszenia, wyrażającego się bólem i zmęczeniem mięśni. W warunkach prawidłowych we krwi znajduje się ok. 10mg% kwasu mlekowego. Po większej pracy fizycznej jego poziom może wzrosnąć do 200mg%. W zmęczonych mięśniach zazwyczaj występuje więcej kwasów, gł. mlekowego, a mniej glikogenu, ATP i fosfokreatyny oraz wykazują one zmniejszoną pobudliwość.

Po przerwaniu znacznego wysiłku fizycznego, który spowodował zmęczenie mięśni szkieletowych, potrzebny jest odpoczynek, podczas którego powstały w mięśniach kwas mlekowy zostaje stopniowo przetransportowany do wątroby, gdzie zostaje utleniony do glukozy. W czasie odpoczynku występuje zwiększone zapotrzebowanie na tlen służący do utleniania kwasu mlekowego oraz odtworzenia substancji, które rozpadły się podczas skurczu.

Glikogen mięśniowy

Kwas pirogronowy

Przemiana tlenowa przemiana beztlenowa

CO₂ + H₂O kwas mlekowy

Energia ATP Energia

---