Fyziologie

O svalech - Energetické systémy lidského těla

Středa, 05 Květen 2010 08:53

Energetické systémy lidského těla

Svaly získávají ATP na pohyb příčných můstků prostřednictvím tří základních energetických reakcí:

1. Regenerací ATP z kreatinfosfátu („ATP-CP systém“)
2. Anaerobní glykolýzou („LA-systém“)
3. Aerobní oxidací glukózy a tuků („O2 systém“)

ATP+kreatinfosfát („ATP-CP systém“). Krátkodobé intenzivní výkony (sprint, vzpírání těžkých vah) je možno po omezenou dobu provádět anaerobně, tj. bez přístupu kyslíku. Během prvních sekund svalové práce je nejprve energie pro pohyb čerpána rozkladem malých zásob ATP uložených ve svalu. Když jsou tyto zásoby vyčerpány, je nový ATP regenerován reakcí ADP s kreatinfosfátem (fosfokreatinem), uloženým ve svalech. Z kreatinfosfátu se uvolní molekula organického fosforu a spojením s ADP vznikne nová molekula ATP. Tyto reakce jsou dominantním zdrojem energie po dobu prvních cca 5-6 sekund a na rozdíl od anaerobní glykolýzy při nich nevzniká laktát. Během delšího cvičení se kreatinfosfát nestačí regenerovat a jeho podíl na celkové energetické produkci prudce klesá Po skončení zátěže se jeho zásoby ve svalech opět rychle obnoví .Z uvedeného plyne, že čím vyšší budou zásoby kreatinfosfátu ve svalech, tím déle a s větší energií bude možno provádět krátkodobý, vysoce intenzivní anaerobní výkon. Protože kreatinfosfát vzniká sloučením organického fosforu s kreatinem, využívá se umělý příjem vysokých množství kreatinu pro zvýšení zásob kreatinfosfátu a tím i pro zlepšení výkonnosti v disciplínách jako sprint či vzpírání.

Anaerobní glykolýza („Lactic acid/LA-systém“) čili anaerobní rozklad glukózy se rozjíždí pouze s malým zpožděním po ATP-CP systému a už po cca 6 sekundách se podíl obou systémů vyrovnává. Glukóza je nejprve rozkládána na pyruvát a ten je poté bez přístupu kyslíku odbourán na kyselinu mléčnou, z níž následně vzniká laktát (kyselina mléčná > laktát + H+). Pokud je glukóza získávána ze svalového glykogenu, čistý zisk anaerobní glykolýzy představují 3 molekuly ATP na 1 molekulu glukózy. Pokud však výkon trvá déle a glukóza je do svalu přiváděna také krví z jater, čistý výtěžek se sníží na 2 molekuly ATP, protože 1 molekula ATP je použita na chemickou úpravu glukózy v játrech.
Při produkci energie anaerobní glykolýzou se ve svalu hromadí laktát, a to i přes jeho rychlé vyplavování do krve a další metabolizaci v játrech a ledvinách (tam je použit při syntéze glukózy), nepracujících svalech, či v srdci (přeměněn na pyruvát). Když dosáhne hladina laktátu určité úrovně, disociované ionty vodíku (H+) způsobí takový pokles pH, že dojde k inhibici enzymů a tím i svalových funkcí. Zvyšující se okyselování způsobuje dráždění nervových zakončení a známý pocit „pálení“. Rychlost poklesu pH závisí na pufrovací kapacitě krve a svalů, tj. na schopnosti neutralizovat volné vodíkové ionty a zpomalovat okyselování. Pufrovací kapacita má velký význam pro sportovní výkon a lze ji zvýšit tréninkem. Mezi hlavní pufry patří fosfáty, některé bílkoviny (hemoglobin, histidin) a zejména karboxylové kyseliny a jejich soli (HCO3‾, NaHCO3‾). Anaerobní glykolýza je sice dosti neefektivní způsob získávání energie a asi dvakrát pomalejší než regenerace ATP z kreatinfosfátu, nicméně stále výrazně rychlejší než oxidace glukózy. Po cca 30 sekundách intenzivní práce jsou zásoby kreatinfosfátu prakticky vyčerpány a náhlé „najetí“ na pomalejší anaerobní glykolýzu zapříčiňuje známou „čtvrtkařskou krizi“ z důvodu snížené rychlosti produkce ATP a hromadění laktátu.

Aerobní oxidace glukózy a tuků („O2 systém“). Při výkonech trvajících déle než cca 60-70 sekund dominuje jako zdroj svalové energie oxidace glukózy (tj. štěpení glukózy za přítomnosti kyslíku). V cytoplazmě svalové buňky je nejprve glukóza rozkládána na pyruvát, jenž je následně metabolizován v mitochondriích v tzv. Krebsově cyklu (cyklu kyseliny citrónové). Tato závěrečná reakce (oxidativní fosforylace) vede ke vzniku vody (H20), oxidu uhličitého (CO2) a velkého množství energie (38 ATP). Když se výkon stupňuje, množství mitochondrií, oxidativních enzymů a přijímaného kyslíku nestačí odbourávat pyruvát a dochází k jeho přeměně na laktát v procesu anaerobní glykolýzy.

Pokud jsou po cca 90 minutách intenzivního výkonu zcela vyčerpány zásoby glykogenu a krevní glukóza nepostačuje, svaly začnou využívat energii převážně oxidací tuků (resp. volných mastných kyselin ze zásobního triacylglycerolu) v Krebsově cyklu na H2O a CO2. Tento způsob produkce energie (lipolýza) nevytváří laktát, ale je méně ekonomický nežli rozklad glukózy, neboť na stejné množství energie vyžaduje asi o 7% více kyslíku. To nevyhnutně vyvolává vyšší požadavky na dodávku kyslíku (zvýšení ventilace) a protékání krve (vyšší srdeční výkon). Při produkci energie z tuků již nelze udržet vysoké pracovní tempo. Vyčerpání glykogenových zásob a „najetí“ na pomalejší oxidaci tuků se projevuje notoricky známou krizí po 30 kilometrech maratonského závodu (tzv. hypoglykémie). Vzhledem k obrovskému množství energie uloženému v tucích by teoreticky bylo možné vykonávat svalovou práci na oxidaci tuků téměř do nekonečna; prakticky to však není reálné vlivem dehydratace, narušení osmotické rovnováhy v tělesných tekutinách, přehřátí apod. Jako zdroj energie slouží v případě extrémní dlouhodobé zátěže i proteiny, a to hlavně tzv. větvené aminokyseliny (BCAA).