Metabolismus
Metabolismus je souhrn dějů, které probíhají v lidském těle za účelem tvorby energie a dalších látek nezbytných pro jeho činnost. V našem organismu probíhají katabolické a anabolické procesy.
Katabolismus je proces, při kterém se rozkládají organické látky a současně se uvolňuje energie. Je charakterizován chybějícími zásobami glykogenu a mobilizací nesacharidových zdrojů energie – tuků a bílkovin. Katabolismus probíhá při zvýšené pohybové aktivitě a je nezbytný pro udržení životních funkcí.
Anabolismus je naproti tomu energeticky náročný proces, při kterém vznikají látky. Nabídka substrátů převyšuje okamžitou potřebu. Organismus si vytváří energetické rezervy, vznikají a obnovují se tkáně. Anabolické procesy převažují v situacích snížené fyzické aktivity.
Základní živiny (sacharidy, lipidy, bílkoviny) jsou přítomny v potravinách, které přijímáme. Ty jsou přeměňovány a vstřebávány prostřednictvím trávicí soustavy. Sacharidy se rozkládají na jednotlivé sacharidy (monosacharidy), kde mezi nejdůležitější patří glukóza. Lipidy se rozkládají na volné mastné kyseliny a glycerol. Bílkoviny se rozkládají na aminokyseliny. Tyto jednoduché látky se pak mohou zapojit do složitějších procesů.
Sacharidy se využívají při anaerobních i aerobních činnostech. ATP se resyntetizuje z glykogenu (svalový glykogen, jaterní glykogen), který se mění na glukózu. Zásoby glykogenu v lidském těle jsou omezené. Lipidy se využívají při vytrvalostní pohybové aktivitě nízké intenzity. Zatímco využití bílkovin při resyntéze ATP je velmi omezené, volné mastné kyseliny se využívají ve velké míře. Glukóza vzniká prostřednictvím glukoneogeneze.
Metabolismus svalů
Svaly potřebují energii k produkci kontrakcí (obr. 6). Energie se získává z adenosintrifosfátu (ATP) přítomného ve svalech. Svaly obvykle obsahují pouze omezené množství ATP. Při jejich vyčerpání musí být ATP resyntetizován z jiných zdrojů, konkrétně z kreatinfosfátu (CP) a svalového glykogenu. Další zásoby glykogenu jsou uloženy v játrech a lidské tělo je také schopno resyntetizovat ATP z lipidů, tj. volných mastných kyselin. V závislosti na intenzitě a délce trvání zátěže kladené na organismus jsou využívány různé způsoby energetického krytí.
Obrázek 6 Energie pro svaly
Systém ATP-CP
Výše uvedené ATP a CP jsou zdroji energie pro svalovou kontrakci (obr. 7, 8, 9). Produkce energie využívané při svalové kontrakci probíhá anaerobní cestou (bez přístupu kyslíku).
Obrázek 7 Molekula ATP
Obrázek 8 ATPáza (rozklad ATP a výroba energie pro svalovou kontrakci)
Obrázek 9 Resyntéza ATP z CP
Anaerobní glykolýza
Jedná se o chemický proces, při kterém se ATP obnovuje z glykogenu, tj.Tj. glukózy anaerobním způsobem (bez přístupu kyslíku). Při těchto procesech vzniká ve svalech laktát, tj. sůl kyseliny mléčné. Tento energetický systém produkuje 2 molekuly ATP. Glykolýza – přeměna glukózy na 2 molekuly pyruvátu za vzniku čistého výtěžku z molekul ATP a 2 molekul NADH (anaerobní rozklad glukózy na pyruvát a laktát) – viz. Obr. 10.
Oxydativní systém
Jedná se o chemický proces, při kterém probíhá resyntéza ATP aerobní cestou (za přístupu kyslíku). Jako zdroj energie zde působí jak glykogen neboli glukóza, tak volné mastné kyseliny.
Aerobní glykolýza probíhá v cytoplazmě buňky, kde se z glykogenu vytváří 34 molekul ATP, tj. glukózy za přítomnosti kyslíku (obr. 10).
Obr. 10 Anaerobní a aerobní glykolýza
Volné mastné kyseliny přítomné v mitochondriích svalových vláken přeměněné na acetyl CoA se využívají při resyntéze ATP. Acetyl CoA vstupuje do Krebsova cyklu, a tak vznikají molekuly ATP.
Jednotlivé energetické systémy se zapojují podle intenzity prováděné pohybové aktivity. Pokud je výkon prováděn na maximální úrovni, dochází k postupnému zapojení všech systémů (obr. 11, 12).
Obr. 11 Energetické pokrytí při maximální zátěži
Obr. 12 Energetické pokrytí při maximální zátěži
Typy svalových vláken
Svalová vlákna člověka mají odlišné vlastnosti. Přestože je dnes známo téměř 30 typů svalových vláken v lidském těle, obvykle pracujeme pouze s následujícími třemi typy:
Pomalá červená svalová vlákna I (SO – pomalá oxidativní vlákna)
Pomalá červená svalová vlákna jsou typická vysokou aerobní kapacitou a odolností vůči únavě. Protože jejich anaerobní kapacita je pomalá, nejsou schopna vykazovat velkou svalovou sílu. Svalová kontrakce bývá pomalá – 110 ms/svalový stah. Jedna motorická jednotka obsahuje asi 10-180 svalových vláken.
Rychlé červené svalové vlákno IIa (FOG – fast oxidative glycolytic fibres)
Rychlé červené svalové vlákno má některé vlastnosti společné s pomalým vláknem nebo vláknem typu IIx. Toto vlákno je typické střední aerobní kapacitou a odolností vůči únavě. Vykazuje také vysokou anaerobní kapacitu a je schopno vykazovat velkou svalovou sílu. Rychlost kontrakce je 50 ms/svalovou kontrakci. Jedna motorická jednotka obsahuje asi 300-800 vláken.
Rychlé bílé vlákno IIx (FG – fast glycolytic fibre)
Na rozdíl od dříve uvedených typů se rychlé bílé vlákno vyznačuje nízkou aerobní kapacitou a tendencí k rychlé únavě. Na druhou stranu má největší anaerobní kapacitu a je schopno vykazovat značnou svalovou sílu. Rychlost kontrakce je 50 ms/svalovou kontrakci. Jedna motorická jednotka obsahuje asi 300-800 vláken.
Objem tohoto typu svalových vláken je dán geneticky (až 90 %) (Jančík et al., 2007) a u jednotlivých osob se liší. V průměrné populaci je poměr pomalých a rychlých vláken 1:1. Následující obrázek (obr. 13) ukazuje poměr pomalých a rychlých vláken u sportovců zabývajících se různými disciplínami.
Obrázek 13 Poměr rychlých (typ FG a FOG) a pomalých (typ SO) vláken u různých typů sportovců
Při svalové kontrakci se aktivují jednotlivé typy svalových vláken v závislosti na intenzitě svalového pohybu. Při cvičení nízké intenzity se rekrutují především pomalá vlákna. S rostoucí intenzitou cvičení se však aktivují rychlá vlákna. Zde je důležité poznamenat, že poměr vláken se v různých svalech lidského těla liší. Například posturální svaly mají tendenci obsahovat více pomalých vláken.