Όλοι μας έχουμε αθληθεί στην ζωή μας, άλλοι πολλοί και άλλοι λίγο. Για την πραγματοποίηση της άσκησης ως γνωστόν απαιτείται ενέργεια, την οποία ο οργανισμός παράγει από τα γνωστά σε όλους μας μακροθρεπτικά συστατικά, τους υδατάνθρακες, τα λίπη, τις πρωτεϊνες αλλά και κάποια άλλα μόρια τα οποία θα αναλύσουμε στην συνέχεια. Ωστόσο το ερώτημα είναι το εξής, πότε συμβάλλει στην παραγωγή της ενέργειας κάθε μία από αυτές τις ομάδες των συστατικών;
Ας τα δούμε αναλυτικά:
Τα συστήματα παραγωγής ενέργειας χωρίζονται σε 3 κατηγορίες:
1) Το σύστημα ΑΤΡ-ΡCr
2) Το αναερόβιο σύστημα
3) Το αερόβιο σύστημα
Σύστημα ATP-PCr
Tο ΑΤP ή αλλιώς τριφοσφορική αδενοσίνη είναι ένα μόριο που δίνει άμεσα ενέργεια στον οργανισμό στα πρώτα δευτερόλεπτα της άσκησης και σε όλα τα είδη της αλλά και για αυτό τον λόγο εξαντλείται και πολύ γρήγορα. Παράγεται από την πέψη των μακροθρεπτικών συστατικών αλλά υπάρχει και μία μικρή ποσότητα μέσα στους μύες.
Οι υδατάνθρακες, οι πρωτεϊνες και τα λίπη όταν γίνεται η πέψη και διασπώνται στις απλούστερες μορφές τους δηλαδή την γλυκόζη, τα αμινοξέα και τα λιπαρά οξέα τότε μεταφέρονται μέσω του αίματος για να χρησιμοποιηθούν είτε ως πηγή ενέργειας δίνοντας ΑΤΡ είτε ως απόθεμα για μελλοντική χρήση.
Το ΑΤΡ λόγω ότι είναι τόσο σημαντικό για άμεση παραγωγή ενέργειας, χρειάζεται συνεχώς να υπάρχει σε απόθεμα για αυτό και επανασυντίθεται συνεχώς όταν εξαντλείται. Η επανασύνθεση του ΑΤΡ γίνεται με τη βοήθεια της φωσφοκρεατίνης η αλλιώς PCr.
Η PCr είναι μία ένωση η οποία βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στους μύες αλλά έχει 3-4 φορές περισσότερη συγκέντρωση από το ΑΤΡ και αποτελεί το καύσιμο των μυών μας αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα, όμως βοηθάει στην γρήγορη ανασύνθεση του ATP δίνοντας την φωσφορική ομάδα που λείπει στο μόριο της διφωσφορικής αδενοσίνης( ADP) ώστε να ξαναγίνει ΑΤΡ. Η χημική αντίδραση είναι η εξής:
ADP + PCr———–> ATP + Cr + Η2Ο
H αντίθετη αντίδραση στην οποία αποσυντίθεται το ΑΤΡ και χάνει μία φωσφορική ομάδα είναι η εξής:
ATP———–> ADP + Pi + ενέργεια
Βλέπουμε λοιπόν ότι αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν συνεχώς και ταυτόχρονα μέσα στον οργανισμό προκειμένου να παραχθεί άμεσα ενέργεια. Το μόνο αρνητικό σε όλο αυτό είναι η διάρκεια αυτών των αντιδράσεων. Λόγω των πολύ μικρών αποθεμάτων τους η εκμετάλλευση τους από τον οργανισμό γίνεται από 2 έως 10 δευτερόλεπτα. Συγκεκριμένα τα ελεύθερα μόρια ΑΤΡ που υπάρχουν στους μύες χρησιμοποιούνται έως τα πρώτα 2 με 4 δευτερόλεπτα της άσκησης και η PCr από τα 4 έως τα 10 κατά μέσο όρο. Η αναπλήρωση της PCr απαιτεί γύρω στα 30 δευτερόλεπτα έως 70% και από 3 μέχρι 5 λεπτά για 100%.
Τα αθλήματα τα οποία απαιτούν άμεσα το σύστημα ATP-PCr είναι εκείνα που απαιτούν γρήγορες και έντονες ασκήσεις διάρκειας από 1 έως 10 δευτερόλεπτα όπως το sprint στο τρέξιμο, η άρση βαρών καθώς και σε όλα τα αθλήματα και δραστηριότητες την στιγμή που ξεκινάνε.
Σύστημα γαλακτικού οξέος (αναερόβιο σύστημα)
Το σύστημα του γαλακτικού οξέος για να λειτουργήσει απαιτεί υδατάνθρακες. Λέγεται αναερόβιο διότι το οξυγόνο δεν συμμετέχει καθόλου στις βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν προκειμένου να παραχθεί ΑΤΡ για απόδοση ενέργειας.
Το σύστημα του γαλακτικού οξέος πραγματοποιείται στο κυτταρόπλασμα και το θετικό του είναι ότι συντελεί στην γρήγορα ανασύνθεση του ΑΤΡ. Το αρνητικό αυτού του συστήματος είναι ότι αυξάνει την οξύτητα στο κύτταρο λόγω παραγωγής υδρογονικών κατιόντων (Η+) με αποτέλεσμα να επιταχύνεται η μυική κόπωση και να γίνεται αναστολή σημαντικών ενζύμων και μυικής συστολής.
Η αντίδραση που συμβαίνει και παράγεται γαλακτικό από τους υδατάνθρακες είναι η εξής:
Γλυκογόνο(γλυκόζη) + ADP—> Γαλακτικό οξύ + ΑΤΡ
To γαλακτικό οξύ είναι προιόν μεταβολισμού του πυροσταφυλικού οξέος το οποίο προκύπτει από την γλυκόλυση(διάσπαση της γλυκόζης). Όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου τότε το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ και ΑΤΡ προκειμένου να αποδώσει ενέργεια. Το αρνητικό είναι ότι παράγονται λίγα μόρια ΑΤΡ , όμως γίνεται ταχύτατα η παραγωγή τους.
Το γαλακτικό οξύ με τη σειρά του μεταφέρεται στο ήπαρ προκειμένου να ξαναγίνει γλυκογόνο για μελλοντική χρησιμοποίηση.
Image from Google Search
Το σύστημα του γαλακτικού οξέος κυριαρχεί κυρίως σε αγωνίσματα μέγιστης δύναμης για περίπου 1 έως 3 λεπτά( αγώνας δρόμου 400 ή 800 μέτρα) και λαμβάνει συνήθως μέρος στην παραγωγή ενέργειας αμέσως μετά το σύστημα ATP-PCr.
Αερόβιο σύστημα
Το αερόβιο σύστημα είναι το πιο πολύπλοκο από όλα τα άλλα συστήματα διότι λαμβάνουν μέρος σε αυτό όλα τα μακροθρεπτικά συστατικά ( ηπατικό-μυικό γλυκογόνο, γλυκόζη αίματος, λίπη ορού, ενδομυικά τριγλυκερίδια, τριγλυκερίδια λιπώδους ιστού, πρωτεϊνες σώματος). Ωστόσο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν άμεση πηγή ενέργειας.
Το αερόβιο όπως το λέει η λέξη χαρακτηρίζεται από παρουσία οξυγόνου και οι αντιδράσεις που γίνονται για την παραγωγή ενέργειας γίνονται αποκλειστικά μέσα στο μιτοχόνδριο του κυττάρου με έναν κύκλο διαδοχικών αντιδράσεων ο οποίος ονομάζεται κύκλος του κιτρικού οξέος ή αλλιώς κύκλος του Krebs.
Η παραγωγή ΑΤΡ σε αυτό το σύστημα είναι πιο αργή σε σύγκριση με τα προηγούμενα συστήματα αλλά παράγεται σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα και για αυτό τον λόγο χρησιμοποιείται σε αγωνίσματα μεγάλης διάρκειας, πάνω από 5 λεπτά όπως ο μαραθώνιος, ο υπερμαραθώνιος(50-100χλμ), το τρέξιμο, το ποδήλατο, το τένις, το κολύμπι, το τρίαθλο φυσικά όλα σε μία χαμηλή έως μέτρια ένταση.
Ο κύκλος του Krebs
Όπως προαναφέρθηκε ο κύκλος του Krebs (κιτρικού οξέος) πραγματοποιείται αποκλειστικά παρουσία οξυγόνου μέσα στο μιτοχόνδριο. Σε αυτό τον κύκλο καταλήγουν και τα 3 μακροθρεπτικά συστατικά( υδατάνθρακες, πρωτεϊνες, λίπη).
Κατά την διάσπαση τους, όλα τα μακροθρεπτικά καταλήγουν σε ένα κοινό μόριο το οποίο μπαίνει μέσα στον κύκλο του Krebs και ξεκινάει η ενεργειακή παραγωγή των ΑΤΡ.
Αυτό το μόριο ονομάζεται ακέτυλο-συνένζυμο Α και είναι απαραίτητο ώστε να ξεκινήσει ο κύκλος των αντιδράσεων και στην συνέχεια μέσω της αναπνευστικής αλύσίδας, μίας άλλης σειρά αντιδράσεων αμέσως μετά τον κύκλο του Krebs,να παραχθούν τα μόρια ΑΤΡ.
Image from Google Search
Όπως βλέπετε και στο σχήμα, κατά την διάρκεια του κύκλου παράγεται διοξείδιο του άνθρακα(CO2), το οποίο καταλήγει στους πνεύμονες και αποβάλλεται μέσω της αναπνοής αλλά επίσης παράγονται και μόρια νερού τα αποβάλλονται μέσω του ιδρώτα και για αυτόν τον λόγο όσο περισσότερο διαρκεί η άσκηση τόσο περισσότερο ιδρώνουμε.
Σύνοψη
1) Τα ενεργειακά υποστρώματα ποικίλουν ανάλογα το είδος, την ένταση και το χρονικό διάστημα της άσκησης.
2) Για αθλήματα ή ασκήσεις που διαρκούν από 1 έως 10 δευτερόλεπτα κυριαρχεί το σύστημα ATP-PCr ως άμεση πηγή ενέργειας. Η επανασύνθεση του χρειάζεται από 30 δευτερόλεπτα έως 3 με 5 λεπτά
3) Για αθλήματα ή ασκήσεις που διαρκούν από 10 δευτερόλεπτα έως 3 λεπτά κύριο ρόλο παίζει το σύστημα γαλακτικού οξέος απουσία οξυγόνου για παραγωγή μορίων ΑΤΡ. Όταν χαλαρώνει η ένταση ή σταματάει η άσκηση το γαλακτικό μεταφέρεται στο ήπαρ για να ξαναγίνει γλυκογόνο για μελλοντική χρήση
4) Για αθλήματα που διαρκούν πάνω από 5 λεπτά έως και ώρες κύρια συμμετοχή έχει το αερόβιο σύστημα, παρουσία οξυγόνου με την συμμετοχή και των τριών μακροθρεπτικών συστατικών αποδίδοντας το τελικό μόριο του ακέτυλου-συνένζυμου Α το οποίο θα εισέλθει στον κύκλο του κιτρικού οξέος και μέσω της αναπνευστικής αλυσίδας θα παραχθούν πολύ περισσότερα μόρια ΑΤΡ.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
2) Creatine Phosphate, Alan R. Morton, in Pediatric Respiratory Medicine (Second Edition), 2008. https://www.sciencedirect.com/topics/nursing-and-health-professions/creatine-phosphate
3) http://www.ptdirect.com/training-design/anatomy-and-physiology/the-aerobic-system
6) The aerobic and anaerobic energy systems by Andrew Hamilton in Base Endurance Training. https://www.peakendurancesport.com/endurance-training/base-endurance-training/aerobic-anaerobic-energy-systems/