Metabolizm wysiłku

Adrian Machnica
Robert Sukienniczak
Remigiusz Sokołowski

Źródła energii i metabolizm

mięśni szkieletowych

1 Komórki mięśniowe potrzebują do skurczu

energii..

2 Jedyne bezpośrednie źródło energii w

mięśniach stanowi ATP.

3 Główna cześć energii jest zużywana na

pracę mechaniczną mięśni

4 Pula wewnątrzmieśniowego ATP jest

niewielka i może zapewnić energię na

zaledwie kilka skurczy

5 Musi następować wiec ciągła resynteza

ATP.

• Głównymi źródłami ATP w mięśniach

szkieletowych są:

A)

Fosfokreatyna wewnątrzmięśniowa

B)

Glikogen wewnatrzmięśniowy

C) Glukoza krwiopochodna
D) Wolne kwasy tłuszczowe

dostarczane z krwią

E)

Triglicerydy

• W mięśniach szkieletowych ATP jest

generowane z glukozy i glikogenu w

wyniku przemian tlenowych i

beztlenowych,

• natomiast z wolnych kwasów

tłuszczowych w następstwie przemian

tlenowych

• Procesy fosforylacji oksydacyjnej

(przemiany tlenowe) glukozy i wolnych

kwasów tłuszczowych dostarczają

przeważającej ilości ATP.

• Podczas przemian beztlenowych

glukozy komórka uzyskuje niewiele
energii. Jednocześnie powstający
kwas mlekowy dyfunduje do krwi a
następnie w wątrobie jest
przekształcany do pirogronianu. W
wyniku glukoneogenezy wątrobowej z
pirogronianu powstaje glukoza (cykl
Corich)

• Beta-oksydacja – (utlenianie)

długołańcuchowych kwasów
tłuszczowych

• Stanowią źródło dla wysiłków

długich o niskiej i umiarkowanej
intensywności. Endogennym
źródłem wolnych kwasów
tłuszczowych są triglicerydy
wewnatrzmięśniowe.

• Rozpad glikogenu

wewnatrzmięśniowego to podstawowe
źródło energii podczas wysiłku o dużej
intensywności.

• ATP wytwarzane jest też poprzez

przesunięcie wysokoenergetycznego
wiązana z fosfokreatyny na ADP .
Fosfokreatyna jest głównym źródłem
energii podczas intensywnego wysiłku
krótko trwałego.

• Wydłużanie czasu intensywnego wysiłku

powoduje wzrost wykorzystywania
glikogenu i wolnych kwasów
tłuszczowych jako podstawowego źródła
energii (resyntezy ATP)

• Ponadto zachodzi resynteza ATP z

dwóch cząsteczek ADP i udziałem
enzymu miokinazy, jednak ilość
powstałego tak ATP jest niewielka.

• W trakcie czynności skurczowej tylko

20-25% energii pochodzącej z
rozpadu ATP jest zamieniane w
pracę mechaniczna w związku z
czym dochodzi do znacznego
wytwarzania ciepła.

• Mięsnie szkieletowe cechuje

wyjątkowa zdolność do zwiększania
wytwarzania energii w krótkim
czasie. W wysiłkach o maksymalnej
mocy zużycie energii wzrasta w ciągu
kilku sekund ponad 400 krotnie
względem wielkości spoczynkowych.

Wytwarzanie energii w

mięśniach szkieletowych

• Źródłem energii do pracy mięśniowej jest

hydroliza ATP, katalizowana przez ATP-azy

• ATP+H

2

O <-> ADP + P

i

+ H

+

+ energia

• Reakcja ta dostarcza energię, która w

pracujących komórkach mięśniowych

wykorzystywana jest przede wszystkim do

generowania siły i mocy. Cześć energii

uzyskanej w wyniku reakcji zużywana jest

również do innych procesów

zachodzących w tkance mięśniowej. (m.in.

transport błonowy, biosyntezy i inne) a

pewna ilość uwalnia się w postaci ciepła.

• Stężenie ATP w komórkach mięśniowych jest

stosunkowo małe i wynosi 25 milimoli na

kilogram suchej masy mięśniowej

• Zasób ten zostałby wyczerpany w ciągu 2s

wysiłku z maksymalna mocą. A jednak w

skrajnie zmęczonym mięśniu stwierdza się

zaledwie niewielki spadek stężenia ATP.

• Utrzymanie stałego stężenia ATP w komórce

mięśniowej możliwe jest dzięki sprawnej

resyntezie, której tempo w znacznym

stopniu warunkuje możliwości wysiłkowe

mięśni.

• Resynteza ATP w mięśniach podczas

pracy fizycznej najłatwiej (prawie

natychmiastowo) dokonuje się przez

przeniesienie fosforanu (Pi) wraz z

energią z fosfokreatyny (Pcr) na ADP.

Stężenie PCr w mięśniu szkieletowym

ok. 3 razy przewyższa stężenie ATP.

• Innym ważnym substratem

energetycznym wykorzystywanym w

procesie glikolizy jest glikogen.

• Resynteza ATP w spoczynku oraz w

wysiłkach długotrwałych o niskiej
intensywności zachodzi głównie z
udziałem fosforylacji oksydacyjnej.

• W wysiłkach sprinterskich w których

szybkość zużycia ATP wielokrotnie
przewyższa możliwości jego resyntezy
w procesie fosforylacji oksydacyjnej,
główną rolę w resyntezie ATP odgrywają:
reakcja kinazy kreatynowej oraz
glikoliza

• W przypadku znacznego deficytu

energii pewna ilość ATP może być
również resyntetyzowana w reakcji
miokiazowej (2ADP — > ATP + AMP)

• Udział wyżej przedstawianych

szlaków metabolicznych w resyntezie
ATP zmienia się wraz ze wzrostem
szybkości zużycia energii w
organiźmie.

• Natomiast zdolność utrzymania

określonej intensywności wysiłku
zależy głównie od możliwości
dostosowania szybkości resyntezy
ATP do szybkości jego zużycia.

Substraty energetyczne w

wysiłkach długotrwałych

• W wysiłkach o niskiej intensywności (poniżej

progu mleczanowego- LT) trwających nawet

kilka godzin substratem energetycznym w

pracujących mięśniach są wolne kwasy

tłuszczone (FFA)

• A ich udział w resyntezie ATP jest dominujący
• Wzrost intensywności wysiłku ponad LT

powoduje wzrost znaczenia glikogenu jako

substratu energetycznego. Gdy intensywność

wysiłku osiąga 100% O

2

max, glikogen staje się

głównym substratem w pracujących

mięśniach.

• Szybkość utylizacji FFA w relacji do %VO

2

max ma przebieg paraboliczny.

• W wysiłkach lekkich aż do 50% VO

2

max

szybkość ta wzrasta, po czym, maleje na

skutek czego podczas pracy z

intensywnością ok. 80% VO

2

max jest

niższa niż podczas wysiłku o

intensywności 25% VO

2

max

• Obok intensywności wysiłku ważnym

czynnikiem wpływającym na „wybór”

substratów energetycznych w pracujących

mięśniach jest czas trwania wysiłku.

• W wysiłku o tej samej intensywności

wraz z wydłużaniem się czasu jego

trwania wzrasta udział energii uzyskanej z

utleniania wolnych kwasów tłuszczowych w

stosunku do energii pochodzącej z glikolizy

(wykorzystującej tak glikogen jak i glukozę

z krwi), ponad to w wysiłku wykonywanym

na czczo mięśnie w większym stopniu

czerpią energie z utlenienia wolnych

kwasów tłuszczowych niż w wysiłku

wykonywanym w sytości.

Substraty energetyczne w

wysiłkach o maksymalnej mocy

• W wysiłkach krótko trwałych o

maksymalnej mocy, prowadzących
do zmęczenia w ciągu kilku-kilkunastu
sekund.

• Resynteza ATP w pierwszych sekundach

wysiłku odbywa się głównie w oparciu o
reakcję kinazy kreatynowej ,w której
fosfokreatyna(PCr) i ADP zostają
przekształcone w kreatynę (Cr) i ATP.

• W kolejnych sekundach wysiłku rośnie

znaczenie glikolizy w resyntezie ATP,

a w chwili znacznego deficytu energii

pewna ilość ATP pochodzi również z reakcji

miokinazowej. W wysiłkach o mocy

maksymalnej zasoby PCr w mięśniach

szkieletowych ulegają wyczerpaniu w

ciągu 20s, znacznie zmniejsza się również

w tym czasie stężenie glikogenu, a w

najszybszych włóknach mięśniowych

jego zasoby ulegają wyczerpaniu.