Химия и энергетика мышечного сокращения
В процессе мышечного сокращения регистрируются химические реакции, протекающие в анаэробной фазе — без потребления кислорода и в аэробной фазе — с потреблением кислорода.
Под влиянием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы, мышцы приходят в состояние возбуждения, вследствие чего возникает эластическое напряжение мышцы, вызывающее ее сокращение. Энергия для сокращения мышцы получается в результате экзотермической реакции расщепления аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорную кислоту. Образовавшаяся при этом химическая энергия превращается при сокращении мышцы в механическую работу. И в расщеплении АТФ, и в превращении в механическую работу основную роль играют обладающие ферментативной аденозинтрифосфатазной активностью сократительные белки мышцы и прежде всего миозин. С миозином другой мышечный белок — актин образует сравнительно прочный комплекс в виде актомиозина. При всех условиях, по В. Энгельгардту, первичным ключевым актом в мышечном сокращении является взаимодействие миозина с АТФ.
Ресинтез АТФ происходит непрерывно вследствие дальнейших экзотермических распадов. Прежде всего АДФ способствует расщеплению креатинфосфата (фосфаген) на креатин и фосфорную кислоту, за счет освободившейся энергии и фосфорного остатка часть АТФ ресинтезируется. Запасы креатинфосфата в мышце недостаточны для полного ресинтеза АТФ, и большая часть ее ресинтезируется за счет энергии расщепления гликогена. Креатинфосфат также восстанавливается за счет энергии расщепления гликогена, который при участии фосфорной кислоты, освободившейся от расщепления АТФ, сначала фосфорилируется, превращаясь в гексозофосфорную кислоту, затем, дефосфорилируясь, превращается в гексозу и в конечном итоге в молочную кислоту. На этом заканчивается анаэробная фаза сокращения мышцы, в процессе которой полностью восстанавливаются запасы АТФ (источник энергии сокращения мышцы) и креатинфосфата, не восстанавливается лишь гликоген, превратившийся в молочную кислоту.
В анаэробной фазе 1/5 или 1/4 молочной кислоты окисляется до углекислоты и воды, а за счет освободившейся энергии остальная часть молочной кислоты восстанавливается в гликоген. В результате мышечного сокращения, таким образом, теряется лишь некоторая часть гликогена.
Процессы распада и ресинтеза энергетических веществ при сокращении мышцы, как и все процессы в организме, регулируются центральной нервной системой. Влияние ее на биохимические процессы в мышцах показано Л. А. Орбели в его опытах, явившихся основой учения об адаптационно-трофической роли вегетативной нервной системы. Л. А. Орбели и его сотрудниками было установлено, что раздражение или выключение симпатических нервных аппаратов изменяет физико-химическое состояние мускулатуры и течение химических процессов в ней.
На химизм мышечного сокращения в целостном организме оказывают влияние также гормональные факторы, контролируемые нервной системой. Инсулин, гормон поджелудочной железы, играет важнейшую роль в потреблении углеводов клетками тканей; он же во взаимодействии с адреналином осуществляет регуляцию уровня сахара крови. Гормоны надпочечников оказывают влияние на расщепление гликогена: при удалении надпочечников расщепление гликогена резко падает, образование молочной кислоты значительно уменьшается, одновременно резко снижается работоспособность животного. В мышечном сокращении в целостном организме играют большую роль и другие эндокринные железы — щитовидная, гипофиз и половые железы.