Обмен углеводов при мышечной деятельности

Гликоген мышц и глюкоза крови являются важным субстратом для обра­зования АТФ в сокращающихся мышцах при продолжительных физических нагрузках субмаксимальной и большой мощности, например при беге на 400, 800, 1000 и 10 000 м. Длительность работы зависит от запасов гли­когена в скелетных мышцах (рис. 1, а).

При физических нагрузках усиливается распад гликогена (мобилизация) и окисление глюкозы (гликогенолиз) в мышечных волокнах. Скорость распа­да его зависит от интенсивности физических нагрузок (рис. 1, б). При не­интенсивной велоэргометрической нагрузке (30 % МПК) запасы гликогена в широкой мышце голени снижаются только на 20—30 % в течение двух часов работы, тогда как при интенсивной работе (60 % МПК) — на 80 %.

Гликоген в мышцах наиболее быстро распадается в первые минуты мышечной работы. При длительной работе скорость распада гликогена в мышцах снижается из-за уменьшения его запасов.

Скорость распада гликогена или мобилизации глюкозы по-разному из­меняется в быстросокращающихся (БС) и медленносокращающихся (МС) типах мышечных волокон под воздействием физических нагрузок различ­ной мощности (рис. 1, в). Так, при средней мощности работы (в преде­лах 60—75 % МПК) усиление распада гликогена происходит в медленно-сокращающихся мышечных волокнах, а с увеличением мощности физичес­ких нагрузок — в быстросокращающихся, у которых активность ферментов гликогенолиза выше, чем у медленносокращающихся.

Усиление мобилизации углеводов обусловлено повышением активнос­ти ферментов, катализирующих реакции распада и синтеза гликогена. При отдельных видах мышечной работы активность гликогенфосфорилазы в мышцах нижних конечностей увеличивается в 2,4 раза, а гликогенсинтетазы — почти в 2 раза. Степень изменения активности ферментов зависит от длительности, интенсивности и типа нагрузки. Регулируется..активность этих ферментов многими механизмами, в том числе гормонами (адрена­лин), циклическим АМФ, ионами Са²⁺, обмен которых изменяется при мы­шечной деятельности. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличению концентрации гликогена и активности фер­ментов его обмена в мышцах, что улучшает их энергетический обмен при физических нагрузках.

Для процессов энергообразования мышцы используют также глюкозу крови. В состоянии покоя они поглощают около 20 % общего количества глюкозы, поступившей в кровь, а при нагрузке мощностью 60 % МПК — бо­лее 80 % глюкозы крови. Связано это с усилением ее доставки кровото­ком, повышением скорости транспорта через мембраны мышц и утили­зации мышцами.

На степень потребления мышцами глюкозы крови влияет вид выпол­няемой нагрузки, уровень тренированности, питание, половые особен­ности, метаболическое состояние организма. Высокий уровень гликогена в мышцах, что характерно для высокотренированных спортсменов на вы­носливость, а также повышенное содержание свободных жирных кислот в крови снижают потребление мышцами глюкозы крови. Гипоксия стимули­рует поступление глюкозы в скелетные мышцы. У женщин распад гликоге­на и окисление глюкозы при мышечной работе менее выражены, чем у мужчин.

При мышечной деятельности возрастает мобилизация глюкозы из пе­чени, где она депонируется в виде гликогена. Гликоген распадается до глюкозы, которая выходит в кровь, что препятствует развитию гипоглике­мии. Выход глюкозы из печени в кровь усиливается в 2—3 раза при мы­шечной деятельности умеренной интенсивности и в 7—10 раз — при нап­ряженной работе. Высокий уровень глюкозы в крови благодаря гомеостатической функции печени при мышечной деятельности поддерживается до тех пор, пока в печени не исчерпается запас гликогена. За счет запасов гликогена печени мышцы могут выполнять работу большой мощности в те­чение 20—40 мин.

При напряженной мышечной работе запас гликогена в печени сущес­твенно уменьшается уже через 1—2 ч, что приводит к снижению уров­ня глюкозы в крови. С увеличением продолжительности работы опреде­ленный вклад в поддержание глюкозы крови вносит процесс глюконеогенеза.

В процессе глюконеогенеза, который активен в печени и почках, глю­коза синтезируется из аминокислот, глицерина, молочной и пировиноградной кислот, что предупреждает исчерпание гликогена в тканях. При этом вклад глюконеогенеза в поддержание глюкозы крови при кратковре­менной работе незначительный (10—20 %), а при продолжительной рабо­те (в течение нескольких часов) возрастает до 50 % по отношению к об­щей глюкозе, образующейся в печени.