Вопросом о том, как работают мышцы человека, задавались ученые с древнейших времен. Ведь именно мышцы и то, как они работают является важнейшим условием проявления множества жизненных процессов не только человека, но и животных. Результатом направленного движения является мышечная деятельность, которая происходит в процессах хромосомного деления клеток, при выраженном транспорте молекул, при жизнедеятельности простейших организмов и более всего проявляется в сокращениях мышц у животных, обладающих высшей нервной деятельностью и у человека.

Если рассматривать микроскопическую структуру мышечных волокон, то они имеют вид поперечно-полосатых, или светлых и темных сечений. Главным образом мышечные волокна состоят из белковых нитей различной толщины, которые осуществляют тесное взаимодействие друг с другом. Каждая отдельная мышечная клетка имеет мембранную оболочку, в ее состав входит большое число миофибрилл, погруженных во внутриклеточную жидкость. Именно эта жидкость и является источником энергетического субстрата мышечных клеток.

Внутриклеточная жидкость состоит из следующих элементов: АТФ (аденозинтрифосфат), фосфокреатина, гликогена и ферментов, обеспечивающих гликолитические процессы. В этом случае не имеет смысла вдаваться в слишком подробное описание мышечного строения. Стоит лишь сказать, что в мышцах, осуществляющих активную работу, находится множество митохондрий - энергетических "станций" нашего организма. Они представляют собой особые энергетические депо в растительных и животных клетках и имеют в своем составе ферменты, способствующие ускорению биохимических реакций посредством выработки аденозинтрифосфата.

Когда происходит сокращение мышц, тонкие и толстые нити скользят относительно друг друга. Молекулы миозина составляют толстые нити миофибрилл, главным элементом которых является актин. Таким образом, главную роль в процессе смещения тонких и толстых нитей играет связывание актина миозином. С физиологической стороны мышечные сокращения регулируются ионами кальция. Они высвобождаются в пространство посредством нервного импульса, так осуществляется взаимодействие миозина и актина.

Когда организм находится в состоянии покоя, ионы кальция накапливаются, а во время мышечных сокращений начинают активно освобождаться в результате нервного импульса. Ионы кальция начинают свое активное распространение при выработке энергии АТФ. Но лишь на долю секунды хватит того объема АТФ, которое находится в мышце на момент начала движения? Этого, естественно, недостаточно для полноценной работы мышечной ткани, а значит и всего организма. Для того чтобы ничего подобного не происходило, энергия накапливается в мышце в форме креатинфосфата или фосфокреатина. Они же в свою очередь имеют значительно более высокие возможности по переносу энергии фосфатных групп, нежели обычный АТФ.

Посредством фосфогенов, которые выступают в виде фосфокреатина, происходит восстановление АТФ, что дает энергетический заряд для сокращения мышц. Но при длительной мышечной работе фосфокреатиновые запасы могут истощиться, что приводит к уменьшению содержания АТФ.

Как работают наши мышцы?

Процесс гликолиза. Следующий этап обеспечения мышц энергией – гликолиз – происходит при достаточно продолжительных физических нагрузках. Энергетический заряд сокращения мышц снижается при уменьшении креатиновых запасов. Это является своеобразным толчком для начала гликолиза – последовательность окислительного фосфорилирования и трикарбоновых кислот в действующей мышце. Таким образом, гликолиз – это процесс углеводного расщепления под воздействием некоторых ферментов, в результате которого происходит запасание энергии (АТФ). Данный вид реакции имеет одну отрицательную сторону, а именно – выработку при ней молочной кислоты, или лактата, в отсутствие достаточного количества кислорода.

Ученые-биохимики доказали, что продуктом завершения реакции расщепления молекулы углевода в анаэробных условиях или при недостаточном количестве кислорода являются 2 молекулы АТФ и 2 лактата. Но при использовании гликогена мышц во время гликолиза появляются 3 молекулы АТФ и две лактата – данный вариант использования энергии является более эффективным.

В данном разделе мы более подробно будем рассматривать физиологические и биохимические основы работы мышц в условиях покоя и тренировочной деятельности.