Az anyagcsere
Az anyagcsere azon események összessége, amelyek az emberi szervezetben az energia és más, a tevékenységéhez szükséges anyagok előállítása érdekében zajlanak. Szervezetünkben katabolikus és anabolikus folyamatok zajlanak.
A katabolizmus olyan folyamat, amelynek során szerves anyagok bomlanak le, és ezzel egyidejűleg energia szabadul fel. Jellemzője a glikogéntartalékok hiánya és a nem-szacharid energiaforrások – zsírok és fehérjék – mobilizálása. A katabolizmus fokozott mozgásaktivitás során zajlik, és az életfunkciók fenntartásához szükséges.
Az anabolizmus ezzel szemben olyan energiaigényes folyamat, amelynek során anyagok jönnek létre. A szubsztrátkínálat meghaladja az azonnali szükségletet. A szervezet energiatartalékokat hoz létre, szövetek jönnek létre és újulnak meg. Az anabolikus folyamatok a csökkent fizikai aktivitással járó helyzetekben érvényesülnek.
Az alapvető tápanyagok (szénhidrátok, lipidek, fehérjék) az általunk elfogyasztott táplálékban vannak jelen. Ezek átalakulnak és felszívódnak az emésztőrendszeren keresztül. A szénhidrátok egyes szénhidrátokra (monoszacharidokra) bomlanak le, ahol a glükóz a legfontosabbak közé tartozik. A lipidek szabad zsírsavakra és glicerinre bomlanak. A fehérjék aminosavakra bomlanak le. Ezek az egyszerű anyagok aztán bonyolultabb folyamatokban is részt vehetnek.
A szénhidrátokat anaerob és aerob tevékenységek során egyaránt felhasználják. Az ATP glikogénből (izomglikogén, májglikogén) újraszintetizálódik, amely glükózzá alakul át. Az emberi szervezet glikogénkészletei korlátozottak. A lipideket az alacsony intenzitású, állóképességen alapuló mozgási tevékenység során használjuk fel. Míg a fehérjék felhasználása az ATP újraszintézisben nagyon korlátozott, addig a szabad zsírsavak nagymértékben felhasználásra kerülnek. A glükóz glükoneogenezis útján keletkezik.
Az izomanyagcsere
Az izmoknak energiára van szükségük az összehúzódásokhoz (6. ábra). Az energia az izmokban jelen lévő adenozin-trifoszfátból (ATP) származik. Az izmok általában csak korlátozott mennyiségű ATP-t tartalmaznak. Ha kimerül, az ATP-t más forrásokból, nevezetesen kreatinfoszfátból (CP) és izomglikogénből kell újraszintetizálni. Más glikogénkészleteket a májban tárolnak, és az emberi szervezet képes ATP-t újraszintetizálni lipidekből, azaz szabad zsírsavakból is. A szervezetre ható terhelés intenzitásától és időtartamától függően különböző energiafedezeti módokat használunk.
6. ábra Az izmok energiája
Az ATP-CP rendszer
A fent említett ATP és CP az izomösszehúzódás energiaforrásai (7., 8., 9. ábra). Az izomösszehúzódásban felhasznált energia előállítása anaerob úton (oxigén nélkül) történik.
7. ábra ATP-molekula
8. ábra ATP-áz (ATP lebontása és energiatermelés az izomösszehúzódáshoz)
9. ábra ATP reszintézis CP-ből
Anaerob glikolízis
Ez egy kémiai folyamat, amelynek során az ATP glikogénből újul meg, ill.azaz glükózból anaerob módon (oxigénhez való hozzáférés nélkül). Ezekben a folyamatokban az izmokban laktát, azaz a tejsav sója keletkezik. Ez az energiarendszer 2 molekula ATP-t termel. Glikolízis – a glükóz átalakítása 2 molekula piruváttá, amely nettó hozamot generál ATP molekulákból és 2 NADH molekulából (a glükóz anaerob lebontása piruváttá és laktáttá) – ld. 10. ábra.
Oxidatív rendszer
Ez egy olyan kémiai folyamat, amelynek során az ATP újraszintézise aerob úton (oxigénhez való hozzáféréssel) történik. Itt mind a glikogén vagy glükóz, mind a szabad zsírsavak energiaforrásként működnek.
Aerob glikolízis a sejt citoplazmájában zajlik, ahol a glikogénből 34 ATP-molekula keletkezik, ill. glükózból oxigén jelenlétében (10. ábra).
10. ábra Anaerob és aerob glikolízis
Az izomrostok mitokondriumaiban jelen lévő szabad zsírsavakat acetil-CoA-vá átalakítva használják fel az ATP újraszintézishez. Az acetil-CoA belép a Krebs-ciklusba, és így ATP-molekulák keletkeznek.
Az egyes energiarendszerek az elvégzett mozgási tevékenység intenzitásának megfelelően kapcsolódnak be. Ha a teljesítményt maximális szinten végezzük, akkor az összes rendszer fokozatosan vesz részt (11., 12. ábra).
11. ábra Energiaellátás maximális terhelés mellett
12. ábra Energiaellátás maximális terhelés mellett
Az izomrostok típusai
Az emberi izomrostok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. Bár ma már közel 30 izomrosttípus ismert az emberi szervezetben, mi általában csak a következő három típussal dolgozunk:
Lassú vörös izomrost I (SO – slow oxidative fibres)
A lassú vörös izomrostra jellemző a magas aerob kapacitás és a fáradással szembeni ellenállás. Mivel anaerob kapacitásuk lassú, nem képesek nagy izomerőre. Az izomösszehúzódás általában lassú – 110 ms/izomösszehúzódás. Egy motoros egység körülbelül 10-180 izomrostot tartalmaz.
Gyors vörös izomrost IIa (FOG – gyors oxidatív glikolitikus rostok)
A gyors vörös izomrost egyes tulajdonságai megegyeznek a lassú rostokkal vagy a IIx típusú rostokkal. Ezt a rostot a közepes aerob kapacitás és a fáradtsággal szembeni ellenállás jellemzi. Nagy anaerob kapacitást is mutat, és képes nagy izomerő kifejtésére. Az összehúzódás sebessége 50 ms/izomösszehúzódás. Egy motoros egység körülbelül 300-800 rostot tartalmaz.
Gyors fehérrost IIx (FG – gyors glikolitikus rost)
A korábban említett típusokkal ellentétben a gyors fehérrostot alacsony aerob kapacitás és gyors fáradásra való hajlam jellemzi. Másrészt viszont a legnagyobb anaerob kapacitással rendelkezik, és képes jelentős izomerő kifejtésére. Az összehúzódás sebessége 50 ms/izomösszehúzódás. Egy motoros egység körülbelül 300-800 rostot tartalmaz.
Az ilyen típusú izomrostok mennyisége genetikailag adott (akár 90%-ban) (Jančík et al., 2007) és egyénenként változik. Az átlagos populációban a lassú és a gyors rostok aránya 1:1. A következő ábra (13. ábra) a lassú és a gyors rostok arányát mutatja a különböző sportágakat űző sportolóknál.
13. ábra A gyors (FG és FOG típusú) és a lassú (SO típusú) rostok aránya különböző típusú sportolóknál
Az izomösszehúzódás során az egyes izomrosttípusok az izommozgás intenzitásának megfelelően aktiválódnak. Alacsony intenzitású edzés során elsősorban a lassú rostok rekrutálódnak. Az edzés intenzitásának növekedésével azonban a gyors rostok aktiválódnak. Itt fontos megjegyezni, hogy a rostok aránya az emberi test különböző izmaiban eltérő. Például a testtartó izmok általában több lassú rostot tartalmaznak.