kineziterapija.info

Medžiagų energijos apykaitos ypatumai atliekant fizinius pratimus

§ Rugpjūtis 8th, 2008 § Filed under Kineziologija § 1 komentaras

Besimankštinančio žmogaus organizmą galima būtų pavadinti biologine mašina. Dirbančiam organizmui reikalinga energija, kuri galėtų būti paversta mechanine energija, t.y. raumenų susitraukimo energija ir atlikti fizinį mechaninį darbą. Viena energijos forma turi būti paversta kita. Žmogaus organizmas geba cheminę energiją paversti mechanine, kurios reikia bėgant, plaukiant, šokinėjant ir 1.1. Žmogaus organizmas gali padidinti pratimų atlikimo greitį bei intensyvumą, didindamas vienos energijos rūšies virtimo kita greitį. Pvz., sportininkai, padidinę metabolinių reakcijų galingumą ir greičiau oksidindami energinius substratus, gauna daugiau laisvos energijos raumenų darbui.

Žmogaus motorinis aktyvumas remiasi termodinamikos bei bioenergetikos pagrindiniais dėsniais, kurie kontroliuoja ir riboja darbingumą bei fizinį aktyvumą.

Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad energija iš nieko nesukuriama ir niekur neišnyksta, jos tik viena forma gali virsti kita. Pavyzdžiui, maiste, kurį valgome glūdinti potencinė cheminė energija pakeičiama kita energijos forma, kuri kaupiama ATF molekulėse. Dirbant fizinį darbą ATF molekulėse sukaupta potencinė energija paverčiama mechanine raumenų susitraukimo energija.

Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad viena energijos forma negali virsti kita be nuostolių. Pavyzdžiui, kai ATF molekulėse esanti cheminė energija raumenyse paverčiama mechanine raumenų skaidulų susitraukimo energija, dalis jos virsta šiluma ir išsisklaido po organizmą. Kadangi nepanaudota biologiniam darbui šiluma greitai išsisklaido, jos neįmanoma surinkti ir vėl paversti potencine energija, ji yra nenaudinga organizmui.

Termodinamikos dėsniai logiškai paaiškina, kodėl žmogaus organizmo gyvybei ir jo funkcionavimo vidinei tvarkai palaikyti nuolat reikia biologiškai naudingos energijos.

Atliekant fizinius pratimus veikia ne tik pagrindiniai bioenergetikos dėsniai, bet ir paprasčiausi biocheminės logikos principai:

1. Darbui atlikti reikalingą energiją žmogaus organizmas gauna medžiagų apykaitos grandininių reakcijų metu, vienai energijos formai virstant kita. Tačiau virsmo metu visuomet būna energijos nuostolių.

2. Fizinio krūvio metu medžiagų ir energijos apykaitos grandininės reakcijos vyksta daug greičiau. Dirbantiems raumenims energiją teikia ATF skilimo reakcija, kuriai vykstant energija išsiskiria. ATF skilimo reakcija vyksta kartu su raumens susitraukimu ir kitomis reakcijomis, kurioms tos energijos reikia.

3. Energija, gaunama skylant gliukozei ir kitoms organinėms medžiagoms (riebalų bei amino rūgštims), naudojama ATF sintezei, o skylant ATF išsiskirianti energijlT* naudojama ląstelių įvairiausiems energijos poreikiams ir biologiniam darbui atlikti (pvz., raumenims susitraukti).

4. Atliekant fizinius pratimus vyksta daugybė medžiagų ir energijos apykaitos grandininių reakcijų ir kiekvieną jų katalizuoja tam tikras specifinis fermentas. Ląstelės turi neurohumoralinės reguliacijos mechanizmus, kuriais reguliuoja fermentų kiekį ir aktyvumą. Dauguma medžiagų ir energijos apykaitos grandininių reakcijų yra reguliuojamos grįžtamojo ryšio principu.

5. Adaptacijos prie fizinių pratimų reakcijos iš esmės yra fermentų kiekio bei aktyvumo reguliavimo gerinimo reakcijos. Jos garantuoja medžiagų ir energijos apykaitos grandininių reakcijų sklandžią eigą ir nuolatinį energijos tiekimą dirbančio organizmo ląstelėms.

Fizinio krūvio metu CNS, kvėpavimo, kraujotakos, endokrininė ir kt. sistemos aktyviai dalyvauja paskirstant bei reguliuojant organizmo medžiagų ir energijos apykaitos srautus ir ciklus.

Atliekamus fizinius pratimus galima suskirstyti į tris grupes: jėgos, greičio ir ištvermės, jie lavina pagrindines tris pagrindines fizines ypatybes – jėgą, greitumą bei ištvermę. Galutinis kiekvienos iš tų pratimų grupių atlikimo rezultatas priklauso nuo raumenų ir viso organizmo bioenergetiką tvarkančių mechanizmų.

Griaučių raumenyse yra 3 energijos apykaitos sistemos, kurių kiekviena iš esmės aprūpina vieną iš trijų rūšių fizinių pratimų. Jėgos pratimams atlikti, kai raumenų skaidulų aktyvumas tęsiasi kelias sekundes ar dar trumpiau, bet jų susitraukimo jėga yra didžiulė, raumenys turi greitai mobilizuojamus energijos apykaitos šaltinius. Greiti, energingi raumenų skaidulų susitraukimai, trunkantys nuo kelių sekundžių iki 3 minučių, energija aprūpinami anaerobiniu būdu, kaip energijos šaltinį naudojant fosfagenus ir glikolizės reakcijas. Jeigu raumenų “veikla trunka 3 minutes ir ilgiau, vis svarbesni tampa aerobiniai aprūpinimo energijos būdai.

Lentelė

Raumenų veiklos metu, atliekant visų trijų rūšių fizinius pratimus, vyksta energijos kitimai, ir ATF potencinė cheminė energija paverčiama mechanine raumenų skaidulų susitraukimo energija. Šitų energijos kitimo metu du raumenų skaidulų susitraukimą užtikrinantys ir koordinuojantys baltymai – aktinas ir miozinas, dalyvaujant reguliacinę funkciją atliekantiems baltymams – tropomiozinui bei troponinui ir kalcio bei magnio jonams, sudaro laikiną funkcinį aktomiozino kompleksą, verčiantį raumenį susitraukti. ATF suteikia raumeniui susitraukti reikiamą energijos kiekį.

Anaerobiniai alaktatiniai energijos šaltiniai (fosfagenai)

Kiekvienam pagrindiniam energijos šaltiniui mobilizuoti ir energijos apykaitai paskatinti reikia specifinių fermentu ar fermentų sistemos. Bet kokio raumens skaidulų susitraukimo metu pirminis laisvosios energijos šaltinis yra ATF. Jos hidrolizė teikia energiją, reikalingą raumens skaiduloms susitraukti.

Greitas energijos šaltinių panaudojimas susideda iš 3 etapų.

Pirmas etapas prasideda nuo ATF skilimo. Kadangi ATF skilimo reakcijoje dalyvauja vanduo, ji vadinama ATF hidrolizės reakcija.

Ciklinio raumenų susitraukimo bei atsipalaidavimo metu ATF yra hidrolizuojama į ADF, o ši vėl fosforilinama į ATF. \ ^;

Antras raumenų ląstelėse greitai panaudojamas energijos šaltinis yra krcatinfosfatas (KrP). Šio fosforilinto jungimo, turinčio nemažą energijos potencialą, raumenų ląstelėse yra maždaug 5-6 kartus daugiau negu ATF. Kai tik dėl raumenų skaidulų susitraukimų ATF kiekis pradeda mažėti, o ADF didėti, kreatinfosfatas yra pirmas makroerginių fosfatinių grupių šaltinis ATF resintezei.

Kreatinfosfatas yra be galo svarbus viduląstelinės energijos akumuliatorius. ATF stygius susitraukiančiuose raumenyse beveik nejuntamas tol, kol juose yra pakankamas kiekis kreatinfosfato.

Trečias būdas greitai atkurti ATF kiekį intensyviai susitraukinėjančiose raumenų skaidulose yra fermento adenilatkinazės (miokinazės) suaktyvinimas. Sis fermentas geba generuoti ATF iš dviejų ADF molekulių.

Raumenims maksimaliai susitraukiant, esančio ATF kiekio pakanka tik kelioms sekundėms. Nors kreatinfosfato defosforilinimo ir adenilatkinazės (miokinazės) katalizuojamos reakcijos staigiai įsitraukia į ATF resintezę, jų teikiamos energijos pakanka tik 5-15 sekundžių trunkančiam maksimalaus intensyvumo darbui. Jeigu darbas tęsiasi ilgiau ir fofageninės energinės sistemos nepakanka dirbančių raumenų aprūpinimui energija, tada ATF resintezei pradedami naudoti kiti energijos šaltiniai.

Glikolizė (anaerobiniai energijos šaltiniai)

Ilgėjant fizinio darbo trukmei, jo intensyvumas mažėja. Dirbant submaksimaliu intensyvumu (nuo 15 sek. iki 3 min.) ATF resintezėje vyrauja anaerobinės glikolizės reakcijos ir pagrindimu dirbančių raumenų energijos šaltiniu tampa raumenų glikogenasjrjiuojo atskelta gliukozė.

Tokio krūvio metu raumenys dėka tam tikrų glikogenolizės fermentų geba greitai resintetinti ATF iš glikogeno ir nuo jo atskeltos gliukozės. Susidaro laktatas.

Griaučių raumenyse laisvos gliukozės koncentracija yra nedidelė, todėl potencialios energijos šaltiniu tampa nuo raumenų glikogeno atskelta gliukozė, metabolizuojama be deguonies, anaerobiniu būdu.

Anaerobinės glikolizės reakcijos prasideda beveik iš karto prasidėjus raumenų susitraukimui, tačiau savo maksimalų galingumą pasiekia 60 darbo sekundę. Tačiau anaerobiniai energiniai mechanizmai maksimalaus ir submaksimalaus intensyvumo darbą dirbančius raumenis energija gali aprūpinti labai trumpai. Intensyvi raumenų veikla, ilgesnė kaip 30 sekundžių, negali apsieiti be aerobinių oksidacinių reakcijų indelio į ATF resintezę ir dirbančių raumenų aprūpinimą energija.

Aerobiniai oksidaciniai energijos šaltiniai

Potenciniai oksidaciniai energijos šaltiniai dirbantiems raumenims yra angliavandeniai (raumenų ir kepenų glikogenas, raumenų ir kraujo gliukozė), lipidai (raumenų, kraujo ir riebalinio audinio laisvosios riebalų rūgštys) bei aminorūgštys.

Aerobinių oksidacinių reakcijų metu gliukozė suskyla iki CŪ2 bei FįO ir susiformuoja 36 ATF molekulės.

Riebalų rūgštys gali katabolizuotis tik aerobiniu būdu dalyvaujant deguoniui.

Aminorūgštys, kaip ir riebalų rūgštys, gali katabolizuotis tik aerobiniu oksidaciniu būdu.

Aerobinių oksidacinių reakcijų energijos kiekis (ATF molekulių kiekis), susiformavęs aerobinėse reakcijose yra didesnis už fosfageninių ir anaerobinių glikolizės reakcijų. Aerobiniai oksidaciniai energiniai mechanizmai suaktyvinami lėčiau ir jų reakcijų greitis (galingumas) yra lėtesnis už anaerobinių alaktatinių fosfageninų energinių mechanizmų galingumą.

Trijų energinių sistemų talpumas (bendras naudingos energijos kiekis) esant skirtingo intensyvumo raumenų susitraukimui, taip pat skiriasi. Tai priklauso nuo to, kokios raumenų skaidulos yra įtraukiamos į darbą ir kokios energinės bei fermentinės sistemos suaktyvinamos. Pvz., bėgimas.

Netiesiogiai galima išskirti tam tikras intensyvumo zonas ir tris vyraujančias energines sistemas. Pirmąsias 20 maksimalaus intensyvumo bėgimo sekundžių vyrauja anaerobinis alaktatinis energinis mechanizmas; po 20 sekundžių greitis staigiai pradeda mažėti ir aprūpinant energija iki 100 sekundžių submaksimaliu intensyvumu dirbančius raumenis vyrauja anaerobinės glikolizės reakcijos. Tarp 100 ir 200 sekundžių bėgimo greitis dar pakankamai didelis, vyrauja mišrūs anaerobiniai-aerobiniai energiniai mechanizmai. Tačiau po 200 sekundžių bėgimo greitis tampa vidutinis ir dirbančių raumenų aprūpinimas energija vyksta aerobiniu oksidaciniu būdu katabolizuojant gliukozę, laisvąsias riebalų rūgštis ir amino rūgštis. Vadinasi, organizme galime išskirti 3 energines sistemas, dvi iš kurių nereikalauja deguonies, jos vertinamos kaip anaerobinės. Trečioji energinė sistema reikalauja deguonies ir yra nuo jo priklausoma, todėl vadinama aerobine energine sistema. Energijos virsmai šioje sistemoje priklauso nuo deguonies buvimo.

Atliekant bet kokį ciklinį pratimą, praktiškai veikia visos trys energinės sistemos, tačiau jų indėlis į dirbančių raumenų aprūpinimą energija yra nevienodas. Priklausomai nuo darbo intensyvumo bei trukmės, visada galima išskirti vyraujančius energinius mechanizmus ir tam tikras intensyvumo zonas, nors dažnai “gretimos” energinės sistemos susijungia, pvz., anaerobinė alaktatinė su anaerobine laktatine.

Aminorūgštys retai naudojamos dirbančių raumenų aprūpinimui energija. Jos yra brangi statybinė-struktūrinė medžiaga.

Darbo intensyvumas .bei trukmė lemia deguonies tiekimo galimybes ir kurios nors energinės sistemos vyravimą resintetinant ATF ir aprūpinant dirbančius raumenis energija. Priklausomai nuo darbo intensyvumo ir trukmės, dirbančius raumenis aprūpinant energija ir resintetinant ATF vyrauja anaerobiniai ar aerobiniai energiniai mechanizmai ir pagrindinės funkcinės sistemos. Anaerobinio pobūdžio pratimai ugdo raumenų skaidulų susitraukimo greitį ir jėgą (greitumo jėgos ištverme): aerobiniai pratimai – ištvermę ilgai trunkančiam darbui ir jiems būdingus aprūpinimo energija mechanizmus.

PASISKAITYMUI

Organizmui reikiama energija gaunama: 1. aerobiniu būdu – ATP sintezei naudojant O₂. 2. Anaerobiniu – O₂ nedalyvaujant. ATP sintezė – pagrindidinė energetinė medži – gliukolizė. Kai O₂ pakanka org. turime aerobinį gliukolizės skilimą iki CO₂ ir H₂O. Kada yra trūkumas gliukolizė skyla į laktatą (pieno rūgštį), išsiskiria nemažas ATP kiekis. Kol yra galimybės org. O₂ aprūpinti šiuo būdu, taip ir vyksta.

ATP rezintezė: 1. Kreatinfosfatinis – ATP atkuriamas panaudojant kreatinfosfato atsargas. Šios atsargos yra labai ribotos ir tuo naud. tik fiz. kr. pradžioje. T.y. anaerobinis būdas, tai vistiek reiikalingas O₂, šiuo atveju nesusidarys pieno rūgštis, nes negausim terpės parūgštėjimo (PH) – (anaerobinis alaktatinis). 2. Gliukolizė – gliukozei skilus į pikuvato molekules skyla į laktatą ir pieno rugštį (pasireiškia skausmu po fiz. kr., nes rūgštis graužia.) ATP atkuriamas bedeguoniniu būdu skaldant gliukozę. 3. Aerobinis – skaldoma ne tik tiesiogiai gliukozė, bet ir kiti angliavandeniai, riebalai, baltymai. Tiek riebalai, tiek baltymai gali virsti vieni kitais, išskyrus angl. ir rieb. negali virsti balt. Baltymai ir angl. ir rieb.