Ugrás a tartalomhoz

Élettani alapismeretek

Cseri Julianna (2011)

Debreceni Egyetem

A munkavégzés anyagcsere vonatkozásai

A munkavégzés anyagcsere vonatkozásai

Az izom energiatermelése

Az izomösszehúzódás során kémiai energia alakul át mechanikai energiává. Az izomösszehúzódás közvetlen energiaszükségletét az ATP hidrolízise biztosítja. Az ATP a glikolízis és a mitokondriális oxidatív foszforiláció során képződik. Aerob körülmények között a vázizomzat glükózt, zsírsavakat és ketontesteket éget, anaerob körülmények között kizárólag glükózból nyerhet energiát.

Hosszan tartó könnyű és közepes munkában a zsírégetés az energiaszükséglet kétharmadát, felét fedezi, nehezebb munka során a szénhidrátégetés kerül előtérbe. Hosszan tartó, nagyon nehéz munkában a fáradás elsődleges oka a szénhidrátkészletek kimerülése. Éhező ember munkavégzés során nagyobb mértékben égeti a zsírokat, mint nyugalomban, emiatt a munkavégzést ketózis kíséri.

Könnyű munka: a teljes O2 fogyasztás a nyugalmi érték kétszerese; közepes munka: a teljes O2 fogyasztás a nyugalmi érték 2-4-szerese; nehéz munka: a teljes O2 fogyasztás a nyugalmi érték 4-8-szorosa.

5.9. ábra - Az izom energiatermelő folyamatai

Az izom energiatermelő folyamatai

Az izom glükózfelvétele inzulinfüggő folyamat. A glükóz facilitált diffúzióval kerül be a sejtbe, az inzulin a szállítómolekulák (GLUT) kihelyeződését serkenti. Fizikai munkavégzés serkenti a glükózfelvételt, csökkenti az inzulin szükségletet. Az izomsejtek által felvett glükóz vagy közvetlenül elégetésre kerül, vagy glikogénné szintetizálódik. Az izom glikogénraktára hozzájárul munkavégzés során is az izom szénhidrátszükségletének kielégítéséhez.

5.10. ábra - A glikogénkészlet változása különböző intenzitású munkavégzés során

A glikogénkészlet változása különböző intenzitású munkavégzés során

Anaerob körülmények között az izmokban tejsavas erjedés zajlik, tejsav halmozódik fel, melynek elégetése oxigénigényes folyamat. A tejsav kikerül a véráramba, a májban a glükoneogenezis folyamatában belőle glükóz képződik, ami glikogénné szintetizálódik (Cori kör).

Munkavégzés során az izom ATP tartalma nem csökken, mivel az ATP készlet kreatinfoszfátból folyamatosan pótlódik. Nyugalomban lévő izomban az ATP makroerg foszfátcsoportja a mitokondriumban kreatinra kerül, kreatinfoszfát képződik, ami az izom energiaraktárát képezi. A kreatinfoszfát makroerg foszfátcsoportja újra ADP-re kerülhet, így a kontrakció során közvetlenül hasznosítható ATP készlet folyamatosan pótlódik.

Izommunka során először a kreatinfoszfát készlet használódik fel, majd az anaerob glikolízis dominál, végül az oxidatív folyamatok lépnek fokozatosan előtérbe, amikor az oxigénfogyasztás eléri a munka intenzitásának megfelelő szintet. A munkavégzés kezdetén alakul ki az „oxigénadósság”,melynek „törlesztése” a munkavégzés befejezése után történik. Ekkor kerül sor a kreatinfoszfát készletek helyreállítására és a tejsav elégetésére.

5.11. ábra - Az izommunka ATP szükségletének biztosítása a munkavégzés időtartamának függvényében

Az izommunka ATP szükségletének biztosítása a munkavégzés időtartamának függvényében

Szubsztrátként az anyagcsere kezdetben glikogént, majd zsírsavat és glükózt hasznosít.

5.12. ábra - A lebontó anyagcsere szubsztrátjai a munkavégzés során

A lebontó anyagcsere szubsztrátjai a munkavégzés során

Izomtípusok

A vázizomrostok anyagcseréjük, elektrofiziológiai és mechanikai tulajdonságaik alapján tipizálhatók. A gyors (tetanikus) izmok nagy anaerob kapacitással rendelkeznek, gyors, de viszonylag rövid ideig tartó erőkifejtésre képesek. A nagy oxidatív kapacitású izmok teljesítménye nagymértékben függ az oxigénkínálattól (azaz a jó vérellátástól), emellett saját oxigénraktárral is rendelkeznek mioglobin tartalmuk révén. A mioglobinnak köszönhetik vörös színüket. Kevésbé fáradékonyak, tartós munkavégzésre képesek.

5.13. ábra - Izomtípusok

Izomtípusok

Vázizmaink általában kevert rostspektrummal jellemezhetők, de vannak zömmel tetanikus rostokat tartalmazó izmaink (pl. a m. sartorius), ill. dominálóan „vörös” izmok (pl. hasizmok, hátizmok).

A vázizomzat megfelelő energetikai állapota csak kielégítő vérellátás és légzés mellett valósulhat meg, a megfelelő fizikai teljesítmény pedig az idegi és a hormonális szabályozás adekvát működését is igényli.

Az izommunka hatásfoka

Az izommunka „bruttó” hatásfokán értjük a hasznos munka és az összenergia-felszabadulás hányadosát. A „nettó” hatásfok a hasznos munka és az azzal kapcsolatos teljes energiafelszabadulás hányadosa. Ez utóbbi érték kb. 20 %.

Az izommunka hatásfokát befolyásoló tényezők:

  • a munkavégzés sebessége

  • fáradás (tejsav és más metabolitok felszaporodása)

  • tréning (a kardiorespiratórikus rendszer és az anyagcsere alkalmazkodása: glikolitikus és mitokondriális enzimek aktivitásának fokozódása, ATP-, kreatin-foszfát- és glikogénkészlet növekedése)

Teljesítőképesség

Nyugalomban az O2 fogyasztás átlagosan 0,25 l/perc, aminek 12 %-a a szív, 20 %-a a vázizomzat O2 igényét elégíti ki.

Átlagos erejű, fiatal, egészséges ember tartósan 1 l/perces O2 fogyasztást igénylő munkát képes végezni. Rövid ideig (percekig) ennél nagyobb értéket, 3,5 l/perces O2 fogyasztást (VO2max) érhet el, míg csúcsteljesítményt nyújtó sportolókban ez az érték 5/percet is elérhet.

A maximális oxigénfogyasztást igénylő munkára az ember csak rövid ideig képes. Ha a munkavégzés tartama vagy intenzitása az egyén teljesítőképességét meghaladja, kimerülés következik be. A kimerülés oka:

  • elégtelen hőleadás, hyperthermia

  • szénhidrátkészletek kimerülése, hypoglykaemia

  • magas pulzusszám, elégtelen perctérfogat

  • anaerob anyagcsere, metabolitok felszaporodása, acidózis