Потому что при интенсивной нагрузке мышцам резко возрастает потребность в АТФ, а быстрый синтез АТФ при таких условиях лучше обеспечивается за счёт ускоренного гликолиза и мобилизации запасов гликогена. Ключевые механизмы и последствия:
Почему потребление глюкозы увеличивается
- Рост потребности в АТФ: нагрузка → расход АТФ $\Rightarrow$ $\text{ATP}\downarrow ,\text{AMP}\uparrow$, что активирует энергосенсоры (AMPK) и ферменты гликолиза.
- Концентрация ионов Ca${}^{2+}$ при сокращении также стимулирует метаболизм и транслокацию переносчиков глюкозы.
- Транслокация GLUT4 на мембрану (инсулин-независимая при сокращении) увеличивает приток глюкозы в клетку.
- Активируется фосфорилаза (гликогенолиз) и фосфофруктокиназа (поток через гликолиз), при недостатке кислорода часть пирувата превращается в лактат (LDH) для регенерации NAD${}^{+}$ и поддержания гликолиза.
- По энергетике: аэробный окислительный путь даёт ~$\approx 30\text{–}32$ ATP на молекулу глюкозы, анаэробный гликолиз — лишь $2$ ATP, поэтому при очень высокой работе доля анаэробного гликолиза и потребление глюкозы растут непропорционально.
Влияние на сердечно‑сосудистую и дыхательную системы
- Сердечно‑сосудистая система: увеличение потребности в кислороде и субстратах требует повышения минутного объёма сердца $Q$ (рост ЧСС и ударного объёма) и перераспределения кровотока к работающим мышцам. По формуле Фика: ${\dot{V}}_{O_2}=Q\cdot (C_a{O}_2-C_v{O}_2)$ — рост ${\dot{V}}_{O_2}$ достигается увеличением $Q$ и/или увеличением добычи кислорода тканями (разница $C_a{O}_2-C_v{O}_2$). Вазодилатация в рабочих мышцах снижает сосудистое сопротивление локально; симпатическая активация повышает ЧСС и артериальное давление системно. Усиление работы сердца повышает его потребность в О2 и может ограничивать нагрузку при сосудистых или коронарных проблемах.
- Дыхательная система: возрастание потребления кислорода и продуцирование CO2 вызывает увеличение минутной вентиляции $\Rightarrow$ повышение дошедшей к альвеолам вентиляции и газообмена. Накопление лактата (и H${}^{+}$) стимулирует хеморецепторы, что дополнительно увеличивает вентиляцию и глубину дыхания для удаления CO2 и компенсации ацидоза.
- Метаболический обмен в масштабе организма: лактат из мышц поступает в печень (Cori cycle) и частично превращается в глюкозу; это повышает нагрузку на печень (глюконеогенез требует энергии — примерно $6$ ATP на образование одной молекулы глюкозы из 2 лактатов) и поддерживает снабжение глюкозой при длительной нагрузке.
Кратко: повышенное потребление глюкозы — ответ на остро возросшую потребность в быстром ресинтезе АТФ (особенно когда О2 ограничен), что ведёт к увеличению сердечного выброса, перераспределению кровотока и усилению вентиляции, а также к системным эффектам через лактат и печёночный глюконеогенез.