20.06.21
1
FIZJOLOGIA
OGÓLNA -
WYSIŁEK
FIZYCZNY
Jacek Hernik
20.06.21
1
FIZJOLOGIA
OGÓLNA -
WYSIŁEK
FIZYCZNY
Jacek Hernik
20.06.21
2
Energetyka
wysiłku.
Energia potrzebna do wykonania pracy mięśnia
pochodzi z reakcji chemicznych zachodzących
w komórkach podczas skurczu. Bezpośrednie
przekształcanie energii wiązań chemicznych
składników pokarmowych w energię mechaniczną,
podczas reakcji kontrolowanych enzymatycznie,
zachodzących w środowisku wodnym,
w stosunkowo niskich temperaturach jest
wyjątkową właściwością organizmów żywych.
20.06.21
3
Energetyka
wysiłku.
Aktywację procesów energetycznych w
cytoplazmie i mitochondriach początkują
jony Ca uwalniane z siateczki
sarkoplazmatycznej. Aktywują one enzym
ATP-azę miofibrylarną katalizującą rozkład
ATP i zwiększającą ilość ADP oraz P
i
. Zmiana
stosunku tych substancji uruchamia
metaboliczne mechanizmy regulacyjne
aktywujące drogą sprzężenia zwrotnego
procesy resyntezy ATP.
20.06.21
4
Energetyka
wysiłku.
Bezpośrednim źródłem energii dla pracy
mechanicznej jest ATP. Hydroliza ATP:
ATP ADP + P
i
+ energia
Ze względu na małą zawartość magazynowanego
w tkankach ATP (ok. 90 g w całym organizmie) oraz
braku możliwości dostarczenia go przez krew czy z
innych tkanek, musi być on stale resyntetyzowany z
szybkością dostosowaną do wielkości jego
wykorzystania.
Zapas wystarcza na kilka sekund pracy mięśniowej.
Hydroliza przebiega w cytoplazmie.
20.06.21
5
Energetyka
wysiłku.
Dzięki natychmiastowej resyntezie (fosforylacji),
zawartość ATP w mięśniu, nawet podczas bardzo
intensywnych wysiłków fizycznych, spada nie więcej niż
30% zawartości początkowej. Dziennie przeciętna osoba
zużywa ilość ATP równą 75% masy ciała.
Resynteza ATP odbywa się na drodze beztlenowej
z fosfokreatyny, następnie z glikogenu
zmagazynowanych w mięśniach, i w końcu, by móc
kontynuować skurcz mięśni w czasie dłuższym niż parę
minut, energia dostarczana jest drogą metabolizmu
tlenowego z rozpadu węglowodanów, tłuszczów i
niewielkiej ilości białek.
20.06.21
6
20.06.21
7
20.06.21
8
Energetyka
wysiłku.
Fosfokreatyna (PC) jest magazynem
wysokoenergetycznych fosforanów (zawartość:
4 do 6 razy więcej niż ATP). Jej rozpad zachodzi
w cytoplazmie. Jest źródłem energii podczas
przechodzenia organizmu z niskiego do wysokiego
zapotrzebowania energetycznego (początek wysiłku,
przez pierwszych 5-8 s jest to jedyne źródło energii).
Szybkość syntezy ATP jest ok. 3,5-krotnie większa
niż w procesach tlenowych. Pula PC jest
resyntezowana
z wolnej kreatyny kosztem energii z ATP
(fosforylacja) podczas wypoczynku.
20.06.21
9
20.06.21
10
Energetyka
wysiłku.
Glikoliza beztlenowa – zachodzi w cytoplazmie,
rozpad glikogenu do kwasu pirogronowego
i kwasu mlekowego, podtrzymuje skurcz
mięśniowy w warunkach ograniczonej
dostępności tlenu, szybkość tworzenia ATP jest
tu ok.1,5 razy większa niż w procesach
tlenowych, jako jedyne źródło energii utrzymuje
maksymalny skurcz mięśniowy przez ok. 60 s
(produkty gromadzone w komórce
uniemożliwiają skurcz).
20.06.21
11
20.06.21
12
Energetyka
wysiłku.
Fosforylacja oksydacyjna (utlenianie komórkowe) –
zachodzi w mitochondriach. Substratami
metabolizmu tlenowego są tłuszcze, węglowodany i
białka. Ilość ATP możliwa do uzyskania jest
praktycznie nieograniczona, tempo resyntezy
powolne.
Pierwszym etapem fosforylacji oksydacyjnej jest cykl
Krebsa (cykl kwasu cytrynowego lub cykl kwasów
trójkarboksylowych). Wspólnym metabolitem
włączającym wszystkie składniki pokarmowe do cyklu
Krebsa jest acetyloCoA (acetylokoenzym A, tzw.
aktywny octan) powstający na drodze tlenowej
dekarboksylacji z kwasu pirogronowego.
20.06.21
13
Energetyka
wysiłku.
Przemiany acetyloCoA w cyklu Krebsa
dostarczają zredukowanych nukleotydów (3
cząsteczki NADH
i 1 cząsteczka FADH
2
),
1 cząsteczki związku
wysokoenergetycznego GTP, a powstające
2 cząsteczki CO
2
są usunięte z wydychanym
powietrzem.
20.06.21
14
20.06.21
15
Energetyka
wysiłku.
Łańcuch oddechowy (ciąg dalszy cyklu Krebsa)
jest kompleksem przestrzennie zlokalizowanych
enzymów przenoszących atomy wodoru
ze zredukowanych nukleotydów na cząsteczkę
tlenu. Źródłem zredukowanych nukleotydów
jest cykl Krebsa i β-oksydacja wolnych kwasów
tłuszczowych. Metabolizm tlenowy tłuszczów
jest energetycznie bardziej wydajny w
porównaniu
z węglowodanami.
20.06.21
16
20.06.21
17
Energetyka
wysiłku.
Tłuszcze pełnią w organizmie dwie podstawowe funkcje:
budulcową – stanowiąc składnik wszystkich błon
biologicznych oraz zapasową – gromadząc się jako
trójglicerydy (TG) przede wszystkim w tkance
tłuszczowej
i w mięśniach.
Wykorzystanie tłuszczów w procesach energetycznych
związane jest z przemianami wolnych kwasów
tłuszczowych (WKT).
WKT podlegają procesowi β-oksydacji, który zachodzi
w mitochondriach i polega na stopniowym odszczepianiu
od cząsteczki kwasu cząsteczek dwuwęglowych.
20.06.21
18
20.06.21
19
20.06.21
20
Energetyka
wysiłku.
Produkty końcowe β-oksydacji to acetyloCoA
oraz zredukowane nukleotydy NADH i FADH
2
.
W procesach tych nie powstaje ATP.
Synteza ATP związana z przemianami WKT
odbywa się w łańcuchu oddechowym
poprzez transport wolnych nukleotydów
pochodzących
z procesów β-oksydacji i z cyklu Krebsa.
20.06.21
21
20.06.21
22
Energetyka
wysiłku.
Wysiłki beztlenowe trwają krótko i są bardzo intensywne.
Wysiłki trwające do 10 sekund – energia dostarczana jest
głównie z fosfagenów (ATP i PC) zmagazynowanych
w mięśniach bezpośrednio zaangażowanych w wysiłek.
Średnio kilogram wilgotnej masy mięśniowej zawiera
5 mmol ATP i 15-20 mmol PC. Zasoby te wystarczają
na 1 min. szybkiego spaceru, 20-30 s biegu przełajowego
lub 5-6 s biegu sprinterskiego (all-out – wysiłek
o maksymalnej intensywności). Szybkość uzyskiwania
energii z fosfagenów (i w pewnym stopniu z reakcji glikolizy
beztlenowej) jest 3,5-8 razy większa od max. szybkości
uzyskiwania energii w reakcjach metabolizmu tlenowego.
20.06.21
23
Energetyka
wysiłku.
W wysiłkach trwających do 2 minut energia
pochodzi głównie z przemian beztlenowych
mleczanowych. Glikoliza zostaje uczynniona
po kilku sekundach wysiłku osiągając max.
szybkość po 20 s. Dostarcza szybko energii
gdy wyczerpane są już zasoby fosfagenów.
Substratem jest głównie glikogen mięśniowy.
Produktem – kwas pirogronowy i przy braku
tlenu, kwas mlekowy. Glikoliza beztlenowa jest
również rezerwą energetyczną dla
intensyfikacji pracy
w wysiłkach długotrwałych.
20.06.21
24
Energetyka
wysiłku.
Poziom kwasu mlekowego świadczy o udziale
przemian beztlenowych. W optymalnych
warunkach układ glikogen – kwas mlekowy
może dostarczyć energii na 1,5 min. wysiłku
o maksymalnej intensywności. W miarę
kontynuowania takiego wysiłku, zwiększa się
stężenie mleczanu w komórkach mięśniowych
(osiągając maksymalne stężenie po kolejnych
2-3 min.) oraz we krwi (maksymalne stężenie
po 3-4 min.).
20.06.21
25
Energetyka
wysiłku.
Wysiłki tlenowe są wykonywane przez dłuższy czas
z mniejszą intensywnością. Stanowią one podstawę
do treningu wytrzymałościowego. Aktywność funkcji
współdziałających w dostarczaniu tlenu osiąga poziom
odpowiadający zapotrzebowaniu po upływie 2-3 min.
Procesy tlenowe zaczynają wówczas dominować
w metabolizmie pracujących mięśni. Znaczna część
pirogronianu powstającego w toku glikolizy utleniana
jest w mitochondriach. W kolejnych minutach wysiłku
o umiarkowanej intensywności zmniejsza się
wytwarzanie mleczanu.
20.06.21
26
20.06.21
27
Energetyka
wysiłku.
W wysiłkach trwających dłużej niż 15 min. udział
procesów beztlenowych jest coraz mniejszy i spada
do ok.10% podczas wysiłku trwającego kilka godzin.
W czasie długotrwałej pracy mięśniowej
zapotrzebowanie energetyczne może być pokrywane
aż w 95% przez procesy tlenowe. Największa część
(powyżej 50%) energii pochodzi z lipolizy (rozpadu
tłuszczów). W miarę kontynuowania wysiłku stężenie
mleczanu we krwi obniża się. Znaczne jego ilości są
utleniane przez mięśnie szkieletowe, mięsień
sercowy, nerki oraz przekształcane
w wątrobie w glukozę.
20.06.21
28
20.06.21
29
Energetyka
wysiłku.
Zasoby glikogenu do pracy mięśniowej
są czynnikiem limitującym ten wysiłek.
Szybkość z jaką glikogen ulega wyczerpaniu,
zależy od intensywności wysiłku.
20.06.21
30
20.06.21
31
Energetyka
wysiłku.
Subiektywne odczucie zmęczenia i blokowanie
przewodzenia nerwowo-mięśniowego przez
powstający kwas pirogronowy i mlekowy,
nie pozwala na całkowite wyczerpanie rezerw
węglowodanowych ustroju. Potrzebne są one
stale do pracy układu nerwowego, czerpiącego
energię wyłącznie z węglowodanów. Graniczne
ich stężenie ważne jest także dla przemian
tłuszczów i białek oraz zachowania właściwych
odczynów płynów tkankowych,
przepuszczalności błon komórkowych i
równowagi jonowej komórki.
20.06.21
32
Energetyka
wysiłku.
Deficyt tlenowy – powstaje na początku pracy fizycznej
na skutek niesprawności funkcji układu oddechowego
i krążenia, które nie są zdolne w tak krótkim czasie
dostarczyć odpowiedniej ilości tlenu do pracujących
mięśni.
Dług tlenowy – ilość tlenu, która musi być oddana
organizmowi po zakończeniu wysiłku, by wyrównać
homeostazę tlenową ustroju, zaburzoną w początkowym
okresie pracy przez glikolizę. Może on dochodzić nawet
do 15 l tlenu i jest wyrazem zakresu przemian
anaerobowych w danym wysiłku fizycznym.
20.06.21
33
20.06.21
34
20.06.21
35
20.06.21
36
20.06.21
37
DZIĘKUJĘ
JACEK HERNIK