Aineenvaihdunta
Aineenvaihdunta on niiden tapahtumien kokonaisuus, joita ihmiskehossa suoritetaan energian ja muiden sen toimintaan tarvittavien aineiden tuottamiseksi. Elimistössämme on katabolisia ja anabolisia prosesseja.
Katabolia on prosessi, jonka aikana orgaanista ainetta hajotetaan ja samalla vapautuu energiaa. Sille on ominaista glykogeenivarastojen puuttuminen ja ei-sakkaridien energialähteiden – rasvojen ja proteiinien – mobilisointi. Kataboliaa tapahtuu lisääntyneen liikeaktiivisuuden aikana, ja se on välttämätöntä elintoimintojen ylläpitämiseksi.
Anabolia taas on energiaa kuluttava prosessi, jonka aikana syntyy aineita. Substraatin tarjonta ylittää välittömän tarpeen. Elimistö luo energiavarastoja, kudoksia syntyy ja uudistuu. Anaboliset prosessit ovat vallitsevia tilanteissa, joissa fyysinen aktiivisuus on vähentynyt.
Perusravinteet (hiilihydraatit, lipidit, proteiinit) sisältyvät syömäämme ravintoon. Ne muuntuvat ja imeytyvät ruoansulatuskanavan kautta. Hiilihydraatit hajoavat yksittäisiksi hiilihydraateiksi (monosakkarideiksi), joista glukoosi kuuluu tärkeimpiin. Lipidit hajoavat vapaiksi rasvahapoiksi ja glyseroliksi. Proteiinit hajoavat aminohapoiksi. Nämä yksinkertaiset aineet voivat sitten osallistua monimutkaisempiin prosesseihin.
Hiilihydraatteja käytetään sekä anaerobisessa että aerobisessa toiminnassa. ATP resyntetisoituu glykogeenistä (lihasglykogeeni, maksaglykogeeni), joka muuttuu glukoosiksi. Ihmiskehon glykogeenivarastot ovat rajalliset. Lipidejä käytetään kestävyyteen perustuvassa matalan intensiteetin liikuntatoiminnassa. Proteiinien käyttö ATP:n resynteesissä on hyvin vähäistä, mutta vapaita rasvahappoja käytetään runsaasti. Glukoosia tuotetaan glukoneogeneesin kautta.
Lihasten aineenvaihdunta
Lihakset tarvitsevat energiaa supistusten aikaansaamiseksi (kuva 6). Energia saadaan lihaksissa olevasta adenosiinitrifosfaatista (ATP). Lihaksissa on yleensä vain rajallinen määrä ATP:tä. Kun ATP loppuu, sitä on syntetisoitava uudelleen muista lähteistä, nimittäin kreatiinifosfaatista (CP) ja lihaksen glykogeenista. Muita glykogeenivarastoja on varastoitu maksaan, ja ihmiskeho pystyy myös syntetisoimaan ATP:tä uudelleen lipideistä eli vapaista rasvahapoista. Erilaisia energiansaantitapoja käytetään elimistöön kohdistuvan rasituksen intensiteetin ja keston mukaan.
Kuva 6 Lihasten energia
ATP-CP-järjestelmä
Edellä mainitut ATP ja CP ovat lihassupistuksen energialähteitä (kuvat 7, 8, 9). Lihassupistuksessa käytettävän energian tuotanto tapahtuu anaerobisesti (ilman happea).
Kuva 7 ATP-molekyyli
Kuva 8 ATP-aasi (ATP:n hajottaminen ja energiantuotanto lihassupistusta varten)
Kuva 9 ATP:n resynteesi CP:stä
Anaerobinen glykolyysi
Se on kemiallinen prosessi, jonka aikana ATP uudistuu glykogeenista, ts.eli glukoosista anaerobisesti (ilman hapen saantia). Näissä prosesseissa lihaksissa syntyy laktaattia eli maitohapon suolaa. Tämä energiajärjestelmä tuottaa 2 molekyyliä ATP:tä. Glykolyysi – glukoosin muuntaminen 2 molekyyliksi pyruvaatiksi tuottaa nettotuoton ATP-molekyyleistä ja 2 NADH-molekyylistä (glukoosin anaerobinen hajoaminen pyruvaatiksi ja laktaatiksi) – ks. Kuva 10.
Oksidatiivinen järjestelmä
Tämä on kemiallinen prosessi, jonka aikana ATP:n uudelleensynteesi tapahtuu aerobisesti (hapen ollessa saatavilla). Sekä glykogeeni eli glukoosi että vapaat rasvahapot toimivat tässä energianlähteinä.
Aerobinen glykolyysi tapahtuu solun sytoplasmassa, jossa glykogeenista syntyy 34 ATP-molekyyliä, ts. glukoosista hapen läsnä ollessa (kuva 10).
Kuva 10 Anaerobinen ja aerobinen glykolyysi
Lihassyiden mitokondrioissa olevat vapaat rasvahapot, jotka muunnetaan asetyyli-CoA:ksi, käytetään ATP:n resynteesissä. Asetyyli-CoA siirtyy Krebsin sykliin ja näin syntyy ATP-molekyylejä.
Yksittäiset energiajärjestelmät tulevat mukaan suoritetun liikuntatoiminnan intensiteetin mukaan. Jos suoritus suoritetaan maksimaalisella tasolla, kaikkien järjestelmien osallistuminen tapahtuu asteittain (kuvat 11, 12).
Kuva 11 Energiankulutus maksimaalisessa rasituksessa
Kuva 12 Energiankulutus maksimaalisessa rasituksessa
Lihassäikeiden tyypit
Ihmisen lihassäikeillä on erilaisia ominaisuuksia. Vaikka ihmiskehossa tiedetään nykyään olevan lähes 30 erilaista lihassyytyyppiä, meillä on tapana työskennellä vain seuraavien kolmen tyypin kanssa:
Hidas punainen lihassyytyyppi I (SO – slow oxidative fibres)
Hitaalle punaiselle lihassyytyypille on tyypillistä korkea aerobinen kapasiteetti ja vastustuskyky väsymystä vastaan. Koska niiden anaerobinen kapasiteetti on hidas, ne eivät pysty osoittamaan suurta lihasvoimaa. Lihassupistus on yleensä hidas – 110 ms/lihassupistus. Yksi motorinen yksikkö sisältää noin 10-180 lihaskuitua.
Nopea punainen lihassäie IIa (FOG – nopeat oksidatiiviset glykolyyttiset kuidut)
Nopealla punaisella lihassäikeellä on yhteisiä ominaisuuksia hitaan lihassäikeen tai IIx-tyyppisen kuidun kanssa. Tälle kuidulle on tyypillistä keskinkertainen aerobinen kapasiteetti ja väsymiskestävyys. Sillä on myös suuri anaerobinen kapasiteetti ja se pystyy osoittamaan suurta lihasvoimaa. Supistumisnopeus on 50 ms/lihassupistus. Yksi motorinen yksikkö sisältää noin 300-800 kuitua.
Nopea valkoinen kuitu IIx (FG – nopea glykolyyttinen kuitu)
Edellisistä edellä mainituista tyypeistä poiketen nopealle valkoiselle kuidulle on ominaista alhainen aerobinen kapasiteetti ja taipumus nopeaan väsymiseen. Toisaalta sillä on suurin anaerobinen kapasiteetti ja se pystyy osoittamaan huomattavaa lihasvoimaa. Supistumisnopeus on 50 ms/lihassupistus. Yksi motorinen yksikkö sisältää noin 300-800 kuitua.
Tyyppisten lihassäikeiden määrä on geneettisesti annettu (jopa 90 %) (Jančík ym., 2007) ja se vaihtelee yksilöllisesti. Keskivertopopulaatiossa hitaiden ja nopeiden kuitujen suhde on 1:1. Seuraavassa kuvassa (Kuva 13) on esitetty hitaiden ja nopeiden kuitujen suhde eri lajeja harrastavilla urheilijoilla.
Kuva 13 Nopeiden (FG- ja FOG-tyypin) ja hitaiden (SO-tyypin) kuitujen suhde eri lajeja harrastavilla urheilijoilla
Lihaksen supistuessa yksittäiset lihassyytyypit aktivoituvat lihaskivun intensiteetin mukaan. Matalan intensiteetin harjoituksessa rekrytoidaan ensisijaisesti hitaita kuituja. Harjoituksen intensiteetin kasvaessa aktivoituvat kuitenkin nopeat kuidut. Tässä yhteydessä on tärkeää huomata, että kuitusuhde vaihtelee ihmiskehon eri lihaksissa. Esimerkiksi asentolihaksissa on yleensä enemmän hitaita kuituja.