Ćwiczenia fizyczne aerobowe i anaerobowe.
Dzięki przetwarzaniu różnych substancji chemicznych, wchłanianych z krwi i nagromadzonych w mięśniach, mogą one pracować bez przerwy przez wiele godzin.
Energia mięśniowa
Komórki ustroju wymagają energii, aby podtrzymywać swoje funkcje, odbudować struktury i wytwarzać rożnego rodzaju substancje, a w przypadku włókna mięśniowego – wykonywać skurcze. Energię tę uzyskują głównie w wyniku rozkładania lub frakcjonowania substancji nazywanej trójfosforanem adenozyny (ATP), złożonej z cząsteczek nukleozydu, którym jest adenina, oraz trzech cząsteczek kwasu fosforowego. Na skutek działania specjalnych enzymów ATP zostaje rozłożony, tworząc cząsteczkę difosforanu adenozyny (ADP) oraz cząsteczkę kwasu fosforowego. Jest to szczególna reakcja gdyż w jej przebiegu uwalnia się pewna ilość energii. Jej część zostaje przetworzona w ciepło, natomiast reszta służy do realizacji szczególnych funkcji komórkowych, jak np. skurcz włókien mięśniowych.
Włókna mięśniowe mają tylko małą rezerwę cząsteczek ATP, którą wykorzystują w celu uzyskania energii potrzebnej zarówno do utrzymania swojej struktury, jak i do skurczów. Jest ona wykorzystywana w stanie spoczynku i w pierwszych sekundach po rozpoczęciu się skurczu mięśnia. Po tych kilku sekundach rezerwa ATP zostaje wyczerpana i wtedy aktywują się pewne mechanizmy pozwalające na uzyskanie dalszych cząsteczek ATP oraz zwiększenie energii we włóknie mięśniowym.
Cząsteczki ATP powstają w wyniku reakcji, która jest odwrotnością rozkładu ATP. Cząsteczka ADP wiąże się z cząsteczką kwasu fosforowego, przy czym reakcja wiązania wymaga wielkiego nakładu energii, chociaż jest to energia mniejsza, niż ta uzyskana poprzednio z rozkładu ATP. Reakcja składa się z dwóch procesów, jednego beztlenowego, który nie wymaga obecności tlenu, oraz tlenowego, do którego potrzebny jest tlen pobierany z krwioobiegu.
Beztlenowa przemiana materii
Włókna mięśniowe „budują” cząsteczki ATP w wyniku spalania lub utleniania substancji odżywczych, nagromadzonych w swoim wnętrzu w reakcjach tlenowych, to znaczy wymagających obecności tlenu. Jednakże przez pierwsze dwie minuty wysiłku fizycznego, czyli czas potrzebny układowi krążenia i układowi oddechowemu do pełnego dostosowania się do nowych potrzeb, dostarczenie tlenu z krwi jest zwykle zmniejszone. Dlatego włókna mięśniowe w tej początkowej fazie wysiłku otrzymują ATP dzięki dwóm reakcjom beztlenowym, w których obecność tlenu nie jest konieczna; są to glikoliza beztlenowa i reakcja ADP z fosfokreatyną.
Mechanizm fosfokratynowy
Fosfokratyna jest związkiem składającym się z cząsteczki kreatyny i cząsteczki kwasu fosforowego. Gromadzi się ona we włóknach mięśniowych, a jej rola polega na tworzeniu ATP, co w przypadku dłużej trwającego zapotrzebowania pośrednio dostarcza energii komórce mięśniowej. Mechanizm fosfokratynowy uruchamiany jest przy skurczu włókna i polega na rozłożeniu tego związku na cząsteczkę kreatyny oraz cząsteczkę kwasu fosforowego, która łączy się z ADP, odtwarzając cząsteczkę ATP. Jest to bardzo skuteczny mechanizm, działający w początkowej fazie skurczu mięśnia, ale w krótkim czasie następuje wyczerpanie fosfokreatyny nagromadzonej we włóknie mięśniowym. Pojawia się wtedy drugi mechanizm beztlenowy, dostarczający więcej cząsteczek ATP.
Mechanizm glikolizy beztlenowej
Drugi proces beztlenowy polega na postępującym rozkładzie, przy braku tlenu cząsteczki glukozy składowanej we włóknie mięśniowym pod postacią glikogenu – złożonego węglowodanu gromadzonego w mięśniach jako źródło energii. Mechanizm ten jest bardziej złożony niż mechanizm fosfokratynowy i polega głównie na rozkładzie jednej cząsteczki glukozy w celu uzyskania energii potrzebnej do związania dwóch cząsteczek kwasu fosforowego z dwiema cząsteczkami ADP. Daje to dwie cząsteczki ATP, ale także dodatkowo pojawiają się dwie cząsteczki wody oraz dwie kwasu mlekowego. Glikoliza (rozkład glukozy) beztlenowa daję energię potrzebną do wykonania dłuższych, intensywnych wysiłków, ale po około 40 sekundach działania rola tego mechanizmu słabnie, ponieważ po tym czasie układ krążenia i układ oddechowy zaczynają się przystosowywać do wysiłku i mogą dostarczyć do tkanki mięśniowej więcej tlenu. Kwas mlekowy powstający w procesie glikolizy beztlenowej, jest usuwany z ustroju z szybkością mniejszą od szybkości jego powstawania, a gromadząc się w tkance mięśniowej, zaczyna wywierać działanie toksyczne. Dlatego po około dwóch minutach wysiłku fizycznego mechanizmy aerobowe zaczynają odgrywać znacznie ważniejszą rolę niż mechanizmy anaerobowe.
Tlenowa przemiana materii
W aerobowej przemianie materii włókna mięśniowe otrzymują energię, tworząc cząsteczki ATP w wyniku łączenia się z ADP z kwasem fosforowym, co dzieje się dzięki rozkładowi substancji odżywczych w obecności tlenu.
Najważniejszym mechanizmem aerobowym jest glikoliza tlenowa, bardzo złożony proces polegający na stopniowym rozkładaniu glukozy w obecności tlenu pochodzącego z krwi. Proces ten dostarcza dziesięciokrotnie więcej energii niż mechanizmy beztlenowe i ma tę dodatkową zaletę, że nie powstają przy nim toksyczne produkty przemiany materii, jak kwas mlekowy, a jedynie dwutlenek węgla szybko usuwany z ustroju z wydychanym powietrzem i wodą. Do rozłożenia każdej cząsteczki glukozy potrzeba 6 atomów tlenu, 36 cząsteczek kwasu fosforowego i 36 cząsteczek ADP. W wyniku tego procesu dochodzi do powstania 6 cząsteczek dwutlenku węgla, 42 cząsteczek wody i 36 ATP. Glikoliza tlenowa jest mechanizmem pozyskiwania energii, który trwa od momentu dostosowania się układu krążenia i układu oddechowego do wysiłku, aż do wyczerpania zapasów glikogenu w mięśniach i wątrobie. Kiedy to nastąpi włókna mięśniowe zaczynają tworzyć ATP, rozkładając tłuszcze, które docierają do nich z krwią z podskórnej tkanki tłuszczowej i ze znajdujących się jamie brzusznej narządów.
Ustrój zaczyna „spalać” swoje rezerwy tłuszczów po około 20 minutach od rozpoczęcia lekkiego lub średnio ciężkiego wysiłku. Ten mechanizm pozyskiwania energii pozwala na dłuższy wysiłek, aż do zmęczenia mięśni.
Źródło: Wielki leksykon zdrowia i medycyny.
