Wysiłek fizyczny może być energetycznie zasilany na kilka sposobów. Bezpośrednim źródłem energii do skurczu mięśnia jest adenozynotrifosforan – ATP.
ATP może powstawać w wyniku przemian beztlenowych i tlenowych. Przemiany beztlenowe są szybsze od tlenowych, niestety nie mogą trwać długo i są niewydajne. Przemiany tlenowe są wydajne i mogą trwać długo, ale tworzenie ATP w ten sposób jest powolne.
W tworzenie ATP niezbędnego do skurczu zawsze zaangażowane są oba typy przemian metabolicznych.
1. Szybkość tworzenia ATP zależy od drogi jego resyntezy
Przemiany tlenowe dostarczają większości energii potrzebnej człowiekowi. Substraty energetyczne – cukry, tłuszcze i aminokwasy, są w ten sposób najwydajniej wykorzystywane. Produktami tych przemian są: woda, dwutlenek węgla, a w przypadku aminokwasów także mocznik. Najważniejszym jednak celem tych przemian jest wytworzenie energii do tworzenia ATP – uniwersalnego przenośnika energii. Do jego resyntezy wg reakcji:
ADP + Pi + H + energia à ATP + H2O
W wyniku przemian tlenowych kosztem 1 cząsteczki glukozy powstaje około 30-38 cząsteczek ATP, w wyniku przemian beztlenowych – 2 cząsteczki ATP. Tłuszcze i aminokwasy dostarczają energii w postaci ATP tylko w wyniku przemian tlenowych.
Hydroliza ATP dostarcza energii wielu procesom zachodzącym w komórce, takim jak utrzymanie potencjału błonowego warunkującego pobudliwość komórek, synteza różnych metabolitów, synteza białka, transport wewnątrzkomórkowy.
Włókna mięśni szkieletowych, aby mogły się kurczyć, muszą zużywać ATP zgodnie z reakcją:
ATP + H2O à ADP + Pi + H + energia
Pi to jon fosforanowy, a reakcja może zachodzić sprawnie w obecności jonów Mg.
Ilość energii wydzielanej w czasie hydrolizy ATP nie jest wartością stałą.
W warunkach standardowych i przy PH 7,0 hydroliza 1 mola ATP uwalnia około 30,7 kJ. Warunki standardowe oznaczają stężenie 1 mol/l dla wszystkich reagentów. Tymczasem stężenie to we włóknach mięśniowych nie wynosi tyle, a na dodatek zmienia się w czasie pracy.
Jeśli wziąć pod uwagę stężenie ATP, ADP i Pi oraz zmieniające się w czasie pracy PH, to okaże się, że ilość uwalnianej energii waha się od 62 kJ/mol w spoczynku do wartości poniżej 48 kJ/mol w warunkach skrajnego wyczerpania. Zmiana ta jest skutkiem wzrostu stężenia ADP, AMP i Pi oraz niewielkiego spadku stężenia ATP. Wg. Meyer i Wiseman, ten spadek jest główną przyczyną zmęczenia włókien mięśniowych.
Energia hydrolizy ATP jest zużywana do wykonania pracy mechanicznej, a także do regulacji samego skurczu (zmiany stężenia Ca) oraz do utrzymania pobudliwości włókna mięśniowego.
ATP, którego hydroliza pozwala na podtrzymanie wszystkich procesów związanych ze skurczem mięśnia, musi być stale resyntetyzowany w pracującym włóknie mięśniowym, gdyż nie ma możliwości przekazywania ATP z komórki do komórki.
Stężenie ATP we włóknie mięśniowym w spoczynku wynosi 7-8 mmol/kg wilgotnej masy mięśni i podlega homeostazie, tzn. spadek lub wzrost stężenia ATP uruchamia szybkie procesy, których rezultatem jest powrót do wartości wyjściowej.
Nawet w czasie pracy o bardzo dużej intensywności (90% max), jeśli trwa ona wystarczająco długo, dochodzi do uzupełnienia ilości ATP tak, że stężenie jest równe spoczynkowemu.
2. 4 sposoby tworzenia ATP we włóknie mięśniowym
1 sposób: Kosztem fosfokreatyny w wyniku działania kinazy kreatynowej ( droga fosfagenowa) wg reakcji:
P ~ kreatyna + ADP + H ßà kreatyna + ATP
2 sposób: Z ADP w wyniku działania miokinazy wg reakcji:
ADP + ADP ßà AMP + ATP
3 sposób: Kosztem beztlenowych przemian glikogenu (glikoliza poprzedzona fosforolizą glikogenu) prowadzących do powstania mleczanu
4 sposób: Kosztem tlenowych przemian: glikogenu, glukozy, kwasów tłuszczowych, mleczanu i aminokwasów.
3. Szybkość resyntezy ATP jest bardzo różna i zależy od sposobu jego wytworzenia
Różna jest też ilość dostępnego ATP – warunkuje ją rodzaj przemian metabolicznych.
W spoczynku i wysiłku fizycznym o niewielkiej intensywności, mięśnie wykorzystują głównie tlenowy sposób wytwarzania ATP, gdyż jest on najwydajniejszy. Beztlenowe sposoby resyntezy ATP są włączane, gdy szybkość tworzenia ATP na drodze przemian tlenowych jest niewystarczająca. Sytuacja taka występuje wtedy, gdy mięśnie przechodzą ze spoczynku do wysiłku. Szybkość przemian tlenowych nie może gwałtownie wzrosnąć i dlatego włókna mięśniowe zmuszone są w tym okresie resyntetyzować ATP kosztem fosfagenów, a niekiedy także kosztem beztlenowych przemian glikogenu.
Jeśli rozpoczęty wysiłek nie jest zbyt intensywny (30 % max), to wzrost szybkości przemian tlenowych zapewnia wystarczające zaopatrzenie w ATP, a nawet odbudowę rezerwy fosfokreatynowej.
Podobnie w przypadku wzrostu intensywności wysiłku można obserwować chwilowy wzrost szybkości przemian beztlenowych, albowiem przyspieszenie przemian tlenowych następuje wolniej. W przypadku gdy intensywność pracy, a co za tym idzie, zużycie ATP są zbyt wysokie, jak na możliwości tlenowego systemu resyntezy ATP (a nawet nieco wcześniej, u wielu osób przy pracy z intensywnością 60% max) – zostają włączone beztlenowe systemy tworzenia ATP.
Beztlenowe sposoby resyntezy ATP choć niewydajne, są znacznie szybsze i umożliwiają krótkotrwałą, lecz intensywną pracę. Beztlenowa, szybka glikoliza ma miejsce oczywiście także w mięśniach niedostatecznie zaopatrzonych w tlen (np. w czasie wysiłku statycznego).
Należy pamiętać, że szybkość procesów tlenowych, podobnie jak każda reakcja biochemiczna, zależy od:
· ilości enzymów i koenzymów (im więcej tym szybciej reakcja zachodzi)
· specyficznej aktywności enzymów
· stężenia substratów (dostępności substratów)
· stężenia produktów ( szybkości usuwania produktów – im więcej tym wolniejsza reakcja)
· temperatury (wzrost przyspiesza reakcję, jednak tylko do optimum)
· stężenia jonów H, czyli pH (najszybciej przy pH optymalnym dla danego enzymu)
· stężenia aktywatorów i inhibitorów odpowiednich enzymów.
Specyficzna aktywność enzymów jest uwarunkowana genetycznie i okazuje się prawie taka sama u wszystkich ludzi, nie wyłączając najwybitniejszych sportowców.
Na ilość enzymów i koenzymów, dostępność substratów i szybkość usuwania produktów można mieć wpływ przez trening, dietę i wspomaganie. Trzeba jednak pamiętać, że granica adaptacji oraz jej maksymalna szybkość jest określona przez geny, czyli wrodzona. Nie każdy może być sportowcem, nawet gdyby bardzo dobrze i sumiennie trenował.
Źródło: J.Borkowski - Bioenergetyka i biochemia tlenowego wysiłku fizycznego (wyd. 2 poprawione 2008 r.)
Ponad rok temu
FaceBook
