Surse de ATP
ATP furnizează energia necesară pentru contracția musculară. În plus față de rolul său direct în ciclul punților încrucișate, ATP furnizează, de asemenea, energie pentru pompele de transport activ Ca++ din SR. Contracția musculară nu are loc fără cantități suficiente de ATP. Cantitatea de ATP stocată în mușchi este foarte mică, suficientă doar pentru a alimenta contracții de câteva secunde. Pe măsură ce se descompune, ATP trebuie, prin urmare, să fie regenerat și înlocuit rapid pentru a permite o contracție susținută. Există trei mecanisme prin care ATP poate fi regenerat: metabolismul fosfatului de creatină, glicoliza anaerobă, fermentația și respirația aerobă.
Fosfatul de creatină este o moleculă care poate stoca energie în legăturile sale de fosfat. Într-un mușchi în repaus, excesul de ATP își transferă energia către creatină, producând ADP și fosfat de creatină. Aceasta acționează ca o rezervă de energie care poate fi utilizată pentru a crea rapid mai mult ATP. Atunci când mușchiul începe să se contracte și are nevoie de energie, fosfatul de creatină își transferă fosfatul înapoi la ADP pentru a forma ATP și creatină. Această reacție este catalizată de enzima creatin-kinază și are loc foarte rapid; astfel, ATP-ul derivat din creatin fosfat alimentează primele câteva secunde de contracție musculară. Cu toate acestea, fosfatul de creatină poate furniza energie doar pentru aproximativ 15 secunde, moment în care trebuie utilizată o altă sursă de energie (figura 7.14).
Figura 7.14. Metabolismul muscular (a) O parte din ATP este stocată într-un mușchi în repaus. Când începe contracția, acesta este consumat în câteva secunde. Mai mult ATP este generat din fosfat de creatină timp de aproximativ 15 secunde. (b) Fiecare moleculă de glucoză produce doi ATP și două molecule de acid piruvic, care pot fi utilizate în respirația aerobă sau transformate în acid lactic. Dacă oxigenul nu este disponibil, acidul piruvic este transformat în acid lactic, care poate contribui la oboseala musculară. Acest lucru apare în timpul exercițiilor fizice intense, atunci când sunt necesare cantități mari de energie, dar oxigenul nu poate fi livrat suficient către mușchi. (c) Respirația aerobă este descompunerea glucozei în prezența oxigenului (O2) pentru a produce dioxid de carbon, apă și ATP. Aproximativ 95 la sută din ATP necesar pentru mușchii în repaus sau moderat activi este furnizat de respirația aerobă, care are loc în mitocondrii.
Pe măsură ce ATP-ul produs de fosfatul de creatină se epuizează, mușchii se orientează către glicoliză ca sursă de ATP. Glicoliza este un proces anaerob (care nu depinde de oxigen) care descompune glucoza (zahăr) pentru a produce ATP; cu toate acestea, glicoliza nu poate genera ATP la fel de repede ca și creatinfosfatul. Astfel, trecerea la glicoliză duce la o rată mai lentă de disponibilitate a ATP pentru mușchi. Zahărul utilizat în glicoliză poate fi furnizat de glucoza din sânge sau prin metabolizarea glicogenului care este stocat în mușchi. Descompunerea unei molecule de glucoză produce doi ATP și două molecule de acid piruvic, care pot fi utilizate în respirația aerobă sau, atunci când nivelul de oxigen este scăzut, transformate în acid lactic (figura 7.14b).
Dacă oxigenul este disponibil, acidul piruvic este utilizat în respirația aerobă. Cu toate acestea, dacă oxigenul nu este disponibil, acidul piruvic este convertit în acid lactic, care poate contribui la oboseala musculară. Această conversie permite reciclarea enzimei NAD+ din NADH, care este necesară pentru ca glicoliza să continue. Acest lucru se întâmplă în timpul exercițiilor fizice intense, atunci când sunt necesare cantități mari de energie, dar oxigenul nu poate fi livrat suficient către mușchi. Glicoliza în sine nu poate fi susținută foarte mult timp (aproximativ 1 minut de activitate musculară), dar este utilă pentru a facilita scurte explozii de mare intensitate. Acest lucru se datorează faptului că glicoliza nu utilizează glucoza foarte eficient, producând un câștig net de doi ATP per moleculă de glucoză și un produs final de acid lactic, care poate contribui la oboseala musculară pe măsură ce se acumulează.
Respirația aerobă este descompunerea glucozei sau a altor nutrienți în prezența oxigenului (O2) pentru a produce dioxid de carbon, apă și ATP. Aproximativ 95 la sută din ATP necesar pentru mușchii în repaus sau moderat activi este furnizat de respirația aerobă, care are loc în mitocondrii. Intrările pentru respirația aerobă includ glucoza care circulă în fluxul sanguin, acidul piruvic și acizii grași. Respirația aerobă este mult mai eficientă decât glicoliza anaerobă, producând aproximativ 36 de ATP per moleculă de glucoză față de patru din glicoliză. Cu toate acestea, respirația aerobă nu poate fi susținută fără un aport constant de O2 în mușchiul scheletic și este mult mai lentă (figura 7.14c). Pentru a compensa, mușchii stochează o cantitate mică de oxigen în exces în proteine numite mioglobină, permițând contracții musculare mai eficiente și mai puțină oboseală. Antrenamentul aerobic crește, de asemenea, eficiența sistemului circulator, astfel încât O2 poate fi furnizat mușchilor pentru perioade mai lungi de timp.
Oboseala musculară apare atunci când un mușchi nu se mai poate contracta ca răspuns la semnalele venite din partea sistemului nervos. Cauzele exacte ale oboselii musculare nu sunt pe deplin cunoscute, deși anumiți factori au fost corelați cu scăderea contracției musculare care apare în timpul oboselii. ATP este necesar pentru contracția normală a mușchilor, iar pe măsură ce rezervele de ATP sunt reduse, funcția musculară poate scădea. Acest lucru poate fi mai degrabă un factor în cazul unei producții musculare scurte, intense, decât în cazul unor eforturi susținute, de intensitate mai mică. Acumularea de acid lactic poate scădea pH-ul intracelular, afectând activitatea enzimatică și proteică. Dezechilibrele nivelurilor de Na+ și K+ ca urmare a depolarizării membranei pot perturba fluxul de Ca++ din SR. Perioadele lungi de exerciții fizice susținute pot deteriora SR și sarcolema, ducând la afectarea reglării Ca++.
Activitatea musculară intensă are ca rezultat o datorie de oxigen, care reprezintă cantitatea de oxigen necesară pentru a compensa ATP-ul produs fără oxigen în timpul contracției musculare. Oxigenul este necesar pentru a restabili nivelul ATP și al fosfatului de creatină, pentru a transforma acidul lactic în acid piruvic și, în ficat, pentru a transforma acidul lactic în glucoză sau glicogen. Alte sisteme utilizate în timpul exercițiilor fizice necesită, de asemenea, oxigen, iar toate aceste procese combinate au ca rezultat creșterea frecvenței respiratorii care apare după efort. Până la acoperirea datoriei de oxigen, consumul de oxigen este ridicat, chiar și după ce exercițiul fizic a încetat.
.