Wykonanie jakiegokolwiek ruchu czy pracy wymaga od człowieka wykorzystania energii. Głównym jego nośnikiem w ludzkim ciele jest adenozynotrójfosforan, stanowiący nukleotyd zbudowany z adeniny, rybozy i trójfosforanu. W mięśniach zmagazynowanych jest około 20-25 mmoli ATP na kilogram suchej masy mięśniowej (mmol • kg d.m.-1). Rozpad jednej cząsteczki ATP w celu uwolnienia energii nazywany jest hydrolizą. Wysoce istotne jest, poznać procesy zachodzące przy wysiłkach o różnym charakterze, żeby móc je efektywnie zaplanować.
Podział procesów energetycznych
Istnieją trzy podstawowe sposoby odtwarzania składów ATP. Rozpoczynają one swoją pracę jednocześnie z rozpoczęciem wysiłku, ale ich rola w resyntezie ATP zależy od intensywności i czasu trwania ćwiczeń.
- anaerobowe (beztlenowe) z przewaga udziału procesów beztlenowych; są to wysiłki krótkotrwałe, trwające nie dłużej niż 30″ o dużej intensywności, np. Sprint. Wykorzystują Adenozynotrójfosforan (ATP);
- aerobowe (tlenowe) z przeważającym udziałem procesów tlenowych; są to wysiłki długotrwałe, angażujące duże masy mięśniowe, np. biegi długodystansowe;
- mieszane, gdzie energia czerpana jest zarówno z procesów tlenowych jak i beztlenowych, np. koszykówka.
B-balance – kompleks witamin z grupy B wspierające procesy energetyczne w organizmie – KUP TUTAJ
Anaerobowe
Pierwszym zachodzącym procesem podczas wysiłku fizycznego jest kinaza kreatynowa. Zachodzi, podczas wysiłków o bardzo krótkim czasie trwania (poniżej 6 sekund) o wysokiej intensywności (wszystkie wysiłki eksplozywne – skoki, sprinty). W komórkach, prócz ATP, znajduje się także fosfokreatyna (PCr) zmagazynowana w tkance mięśniowej będąca głównym i jedynym substratem energetycznym do resyntezy ATP podczas pierwszych 10 sekund wysiłku o maksymalnej intensywności. Pod wpływem kinazy kreatynowej (CK) cząsteczki fosfokreatyny rozbijają się na kreatynę oraz fosforan, umożliwiając przemianę adenozynodwufosforanu (ADP) na ATP za sprawą cząsteczki fosforanu. Reakcja ta dostarcza energię w bardzo krótkim czasie. Podczas wysiłku o wysokiej intensywności, który potrzebuje dużych zasobów energii, fosfokreatyna w mięśniach szybko się wyczerpuje – organizm nie może kontynuować wysiłku z taką samą intensywnością, więc wysiłek w tej strefie może trwać zaledwie kilka sekund.
Glikoliza beztlenowa zachodzi podczas wysiłków pośrednich (od 20 sekund – 2minut) o wysokiej intensywności. Produkcja energii polega na łańcuchu reakcji prowadzącym do przekształcenia monosacharydu (glukozy) z krwi w pirogronian. Produkując w ten sposób ATP, organizm wytwarza także kwas mlekowy, który składa się z mleczanu oraz jonów wodorowych. Ten pierwszy, mleczan, może być ponownie użyty przez wątrobę lub nerki w procesie glukoneogenezy, natomiast jony wodorowe (H+) powodują ból mięśni i obniżenie ich wydajności. Stąd w pewnym momencie organizm nie jest w stanie kontynuować wysiłku z tą samą (dużą) intensywnością. Po zakończonym wysiłku kwas mlekowy z mięśni jest metabolizowany w ciągu 1-2 godzin. Podrażnia on zakończenia nerwowe i powstaje w ten sposób opóźniona bolesność mięśniowa DOMS – ang. delayed onset muscle soreness) połączona z mikrourazami włókien mięśniowych (potocznie, lub nieprawidłowo zwana zakwasami). Mleczan powstający w mięśniach szkieletowych, jest transportowany poprzez krew do wątroby (oraz nerek) i wykorzystywany w procesie glukoneogenezy do syntezy glukozy. Zachodzi w procesach metabolicznych będących cyklem kwasu mlekowego lub cyklem Corich. Następnie glukoza z krwią dostaje się do tkanek i jest ponownie wykorzystywana, np. w procesie glikolizy.
Wsparcie procesów anaerobowych oraz regeneracyjnych – KUP TUTAJ
Procesy tlenowe
Przemiana tlenowa pozwala na długotrwałe kontynuowanie wysiłku fizycznego o niskiej i umiarkowanej intensywności. Przyjmuje się, że wysiłki długotrwałe to te, których czas trwania mierzony jest w minutach i godzinach. Do resyntezy ATP w tej strefie organizm potrzebuje udziału tlenu, przez co zachodzi nie tylko w cytoplazmie, ale i w mitochondriach.
Wraz z wydłużaniem się czasu trwania wysiłku rośnie znaczenie glikogenu i wolnych kwasów tłuszczowych (FFA – ang. free fatty acids) w resyntezie ATP. Zapasy trójglicerydów zgromadzone w organizmie są tak duże, że ich ubytek w całodniowej pracy jest znikomy, a ich wyczerpanie nawet w kilkanaście godzin jest praktycznie niemożliwe. Fosforylacja oksydacyjna, oparta na β-oksydacji kwasów tłuszczowych i glikolizie tlenowej, są uwarunkowane dostępnością substratów i stężeniem tlenu w komórkach mięśniowych. Utlenianiu podlega pirogronian, wolne kwasy tłuszczowe (WKT) i ketokwasy oraz aminokwasy, biorące udział w cyklu Krebsa, w którym następuje sukcesywnie odłączanie elektronów od cząsteczek.
Podczas intensywnego, narastającego wysiłku fizycznego, dostarczanie tlenu do komórek mięśniowych jest niewystarczające. Dochodzi wówczas do dysocjacji mioglobiny, która uwalnia związany z nią tlen. Dostarczenie tlenu jest niewielkie w stosunku do zapotrzebowania podczas pracy – energia pozyskiwana jest w procesie glikolizy beztlenowej oraz z hydrolizy fosfokreatyny. Glikoliza w warunkach tlenowych przebiega do pirogronianu. Pirogronian jest wprowadzany do cyklu kwasów tójkarboksylowych przy udziale acetylo-CoA. Glikoliza w warunkach tlenowych jest znacznie wydajniejsza energetycznie od glikolizy beztlenowej. W warunkach tlenowych glikoliza przebiega również przez cykl pentozowy. Ostatecznymi produktami tego procesu są dwutlenek węgla i woda. Dodatkowo w tej strefie, w wypadku niewystarczających zasobów węglowodanów lub tłuszczy, używane mogą być także proteiny (białka). Ich udział jest jednak minimalny. Pomiędzy tymi strefami możemy także wyróżnić strefy mieszane, czyli takie, w których dochodzi do przejścia między dwoma sposobami resyntezy ATP.
Wsparcie wytrzymałości tlenowej organizmu – B-alanina – KUP TUTAJ
Zakresy intensywności
Są ściśle związane z procesami energetycznymi – pozwalają lepiej je zrozumieć i dobrać pod proces treningowy. W obszarze energetycznym wyróżniono pięć zakresów intensywności. Podzielono je ze względu na: zachodzące procesy energetyczne, częstotliwość skurczów serca, czas trwania wysiłku o danej intensywności. Ze względu na metabolizm wyróżniono także szóstą strefę, w której zachodzą przemiany anabolicznych, czyli ćwiczenia kształtujące siłę mięśniową. Przedstawię Wam podział opracowany przez Sozańskiego i Śledziewskiego:
Zakres 1 – ćwiczenia wykonywane z intensywnością bardzo małą i małą, HR nie przekracza 130- 140 uderzeń/minutę, oddziaływanie o charakterze podtrzymującym;
Zakres 2 – do 3 godzin i więcej w pracy ciągłej, strefa przemian tlenowych, ćwiczenia charakteryzujące się intensywnością umiarkowaną i dużą, HR 160-180 uderzeń/minutę. Czas trwania wysiłków pojedynczych powyżej 300 sekund;
Zakres 3 – strefa przemian o charakterze mieszanym (tlenowo-beztlenowym), praca z intensywnością dużą i submaksymalną, HR po zakończeniu wysiłku dochodzi do wartości powyżej 180 uderzeń/minutę. Czas trwania wysiłku pojedynczego do 300 sekund.
Zakres 4 – strefa przemian o charakterze beztlenowym kwasomlekowym, wysiłek wykonywany z intensywnością submaksymalną i zbliżoną do maksymalnej; HR bezpośrednio po zakończonym wysiłku dochodzi do wartości powyżej 190 uderzeń/minutę. Czas trwania pojedynczej aktywności to 20-120 sekund.
Zakres 5 – strefa przemian o charakterze beztlenowym niekwasomlekowym, ćwiczenia z intensywnością zbliżoną do maksymalnej oraz maksymalną; wartość tętna po zakończonym wysiłku osiąga 130-180 uderzeń/minutę. Czas trwania pojedynczych wysiłków nie przekracza 20 sekund.
Zakres 6 – ćwiczenia nasilające przemiany anaboliczne.
Należy pamiętać, że w żadnym procesie nie występuje tylko jeden rodzaj przemian energetycznych, a zmienia się jedynie ich procentowy udział.
Żeby wykorzystać znajomość procesów energetycznych w treningu, celem kształtowania danej cechy, należy rozpoznać, jakie procesy zachodzą w danej dyscyplinie. Analizując czas trwania i intensywność wysiłku startowego, dotrzemy do informacji, w jakim zakresie intensywności wykonywana jest praca i jakie należy dobrać metody treningowe.
Źródła:
- W. Traczyk, Fizjologia człowieka w zarysie, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2007
- L. Stryer, Biochemia, PWN, 1997
- K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell, Biochemia Harpera, Wydawnictwo Lekarskie, 1996
- P. Orzechowski, Wiedza dla Maratończyka, Biochemia Wysiłku Fizycznego, 26.09.2010
- H. Sozański, Podstawy teorii i technologii treningu sportowego, AWF Warszawa
- J. Górski, Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Wydawnictwo Lekarskie PZWL
