שלוש מערכות אנרגיה מטבוליות

בדרך כלל אנו מדברים על אנרגיה באופן כללי, כמו ב"אין לי הרבה אנרגיה היום "או" אתה יכול להרגיש את האנרגיה בחדר. "אבל מהי באמת אנרגיה? לאן נקבל אנרגיה לנוע? כיצד נשתמש בו? איך נקבל יותר מזה? בסופו של דבר, מה שולט בתנועות שלנו? שלושת מסלולי האנרגיה המטבולית הם מערכת phosphagen, גליקוליזהואתמערכת אירובית.איך הם עובדים, ומה ההשפעה שלהם?

אלברט איינשטיין, בחוכמתו האינסופית, גילה כי האנרגיה הכוללת של אובייקט שווה למסה של האובייקט כפול ריבוע מהירות האור. הנוסחה שלו לאנרגיה אטומית, E = mc², הפך הנוסחה המתמטית המוכרת ביותר בעולם. לפי המשוואה שלו, כל שינוי באנרגיה של אובייקט גורם לשינוי במסה של אותו אובייקט. השינוי באנרגיה יכול לבוא בצורות רבות, כולל מכניות, תרמיות, אלקטרומגנטיות, כימיות, חשמליות או גרעיניות. אנרגיה היא סביבנו. האורות בבית, מיקרוגל, טלפון, שמש. כל העברת אנרגיה. אף על פי שאנרגיית השמש המחממת את כדור הארץ שונה בתכלית מאנרגיה המשמשת להריגה של גבעה, אנרגיה, כפי שמורה לנו החוק הראשון של התרמודינמיקה, לא ניתן ליצור ולא להרוס. זה פשוט השתנה מצורה אחת לאחרת.

ATP מחדש סינתזה

האנרגיה לכל פעילות גופנית נובעת מהמרה של פוספטים עתירי אנרגיה (אדנוזין)תלתפוספט ATP) לפוספטים בעלי אנרגיה נמוכה יותר (אדנוזין diפוספט ADP; אדנוזיןמונופוספט AMP; ופוספט אנאורגני, פ_i). במהלך התמוטטות זו (הידרוליזה) של ה- ATP, שהוא תהליך הדורש מים, מופקים פרוטון, אנרגיה וחום: ATP + H₂O ADP + P_i+ H⁺אנרגיה + חום. מכיוון שהשרירים שלנו לא אוגרים הרבה ATP, עלינו לסנתז אותו כל הזמן. הידרוליזה וסינתזה מחדש של ATP היא אפוא תהליך מעגלי. ATP הידרוליזה ל- ADP ו- P_i, ולאחר מכן ADP ו- P_iלשלב כדי לסנתז מחדש את ה- ATP. לחלופין, שתי מולקולות ADP יכולות לשלב לייצור ATP ו- AMP: ADP + ADP ATP + AMP.

כמו חיות רבות אחרות, בני האדם מייצרים ATP באמצעות שלושה מסלולים מטבוליים המורכבים מתגובות כימיות רבות של אנזים - מערכת phosphagen, גליקוליזה ומערכת אירובית. איזה מסלול הלקוחות שלך להשתמש עבור הייצור העיקרי של ה- ATP תלוי כמה מהר הם צריכים את זה וכמה זה צריך. הרמת משקולות כבדות, למשל, דורשת אנרגיה הרבה יותר מהר מאשר ריצה על ההליכון, המחייבת הסתמכות על מערכות אנרגיה שונות. עם זאת, הייצור של ATP לא מושגת על ידי שימוש בלעדי של מערכת אנרגיה אחת, אלא על ידי תגובה מתואמת של כל מערכות האנרגיה תורמים מעלות שונות.

1. מערכת phosphagen

במהלך פעילויות אינטנסיביות קצרות טווח, צריך לייצר כמות גדולה של כוח על ידי השרירים, מה שיוצר ביקוש גבוה ל- ATP. מערכת הפוספגן (הנקראת גם מערכת ATP-CP) היא הדרך המהירה ביותר לסנתז מחדש את ה- ATP (Robergs & Roberts 1997). קריאטין פוספט (CP), המאוחסן בשרירי השלד, תורם פוספט ל- ADP כדי לייצר ATP: ADP + CP ATP + C. לא משתמשים בפחמימות או בשומן בתהליך זה; התחדשות ה- ATP מגיעה אך ורק מ- CP המאוחסן. מכיוון שתהליך זה אינו זקוק לחמצן כדי לסנתז מחדש את ה- ATP, הוא אנאירובי, או בלתי תלוי בחמצן. כדרך המהירה ביותר לסנתז מחדש את ה- ATP, מערכת הפוספגן היא מערכת האנרגיה השולטת המשמשת לפעילות גופנית כוללת שנמשכת עד 10 שניות. עם זאת, מכיוון שיש כמות מוגבלת של CP ו- ATP המאוחסנים בשרירי השלד, עייפות מתרחשת במהירות.

2. גליקוליזה

הגליקוליזה היא מערכת האנרגיה השלטת המשמשת לכול להתעמל שנמשך בין 30 שניות לכ -2 דקות וזו הדרך השנייה המהירה ביותר לסנתז מחדש את ה- ATP. במהלך גליקוליזה, פחמימות בצורה של גלוקוז בדם או גליקוגן שרירי (הצורה המאוחסנת של גלוקוז) מתפרקת באמצעות סדרה של תגובות כימיות ליצירת פירובט (הגליקוגן מתפרק תחילה לגלוקוז בתהליך הנקרא גליקוגוליזה). עבור כל מולקולת גלוקוז המתפרקת לפירובט באמצעות גליקוליזה, נוצרות שתי מולקולות של ATP שמיש (Brooks et al. 2000). לפיכך, מעט מאוד אנרגיה מיוצרת בדרך זו, אך הפשרה היא שאתה מקבל את האנרגיה במהירות. ברגע שנוצר פירובט, יש לו שני גורלות: המרה ללקט או המרה למולקולת ביניים מטבולית הנקראת אצטיל קואנזים A (אצטיל- CoA), שנכנסת למיטוכונדריה לצורך חמצון וייצור ATP נוסף (Robergs & Roberts 1997). המרה ללקט מתרחשת כאשר הביקוש לחמצן גדול מההיצע (כלומר, במהלך פעילות גופנית אנאירובית). לעומת זאת, כאשר יש מספיק חמצן זמין כדי לענות על צרכי השרירים (כלומר, במהלך פעילות אירובית), פירובט (באמצעות אצטיל-CoA) נכנס למיטוכונדריה ועובר מטבוליזם אירובי.

כאשר החמצן אינו מסופק מספיק כדי לענות על צרכי השרירים (גליקוליזה אנאירובית), יש עלייה ביוני המימן (מה שגורם לירידת ה- pH של השריר; מצב הנקרא חומצה) ובמטבוליטים אחרים (ADP, P_iויוני אשלגן). חומצה והצטברות של מטבוליטים אחרים אלה גורמים למספר בעיות בתוך השרירים, כולל עיכוב של אנזימים ספציפיים המעורבים בחילוף החומרים והתכווצות השרירים, עיכוב שחרור הסידן (הטריגר להתכווצות השרירים) מאתר האחסון שלו בשרירים, וכן הפרעה לשרירים המטענים החשמליים (Enoka & Stuart 1992; Glaister 2005; McLester 1997). כתוצאה משינויים אלה, השרירים מאבדים את יכולתם להתכווץ ביעילות, ובסופו של דבר ייצור כוח השרירים ועוצמת התרגיל יורדים.

3. מערכת אירובית

מכיוון שבני אדם התפתחו לפעילות אירובית (הוכאצ'קה, גונגה וקירש 1998; הוכאצ'קה ומונגה 2000), אין זה מפתיע שהמערכת האירובית, התלויה בחמצן, היא המורכבת ביותר מבין שלוש מערכות האנרגיה. התגובות המטבוליות המתרחשות בנוכחות חמצן אחראיות למרבית האנרגיה התאית המופקת על ידי הגוף. עם זאת, חילוף חומרים אירובי הוא הדרך האיטית ביותר לסנתז מחדש את ה- ATP. חמצן, כפטריארך של חילוף החומרים, יודע שכדאי להמתין, מכיוון שהוא שולט בגורל הסיבולת והוא מזונות החיים. "אני חמצן," זה אומר לשריר, עם יותר משמץ עליונות. אני יכול לתת לך הרבה ATP, אבל תצטרך לחכות לזה

המערכת האירובית הכוללת אתמעגל קרבס(נקרא גםמחזור חומצת לימון או מחזור TCA) ואתשרשרת העברת אלקטרוניםמשמש גלוקוז בדם, גליקוגן ושומן כדלקים כדי לסנתז מחדש את ה- ATP במיטוכונדריה של תאי השריר (ראה בסרגל הצד "מאפייני מערכת האנרגיה"). בהתחשב במיקומה, המערכת האירובית נקראת גם נשימה מיטוכונדריאליתבעת שימוש בפחמימות, גלוקוגן וגליקוגן עוברים חילוף חומרים ראשון באמצעות גליקוליזה, כאשר הפירובט המתקבל משמש ליצירת אצטיל-CoA, הנכנס למחזור קרבס. האלקטרונים המיוצרים במחזור קרבס מועברים לאחר מכן דרך שרשרת הובלת האלקטרונים, שם מייצרים ATP ומים (תהליך הנקרא זרחון חמצוני) (רוברגס ורוברטס 1997). חמצון מוחלט של גלוקוז באמצעות גליקוליזה, מחזור קרבס ושרשרת הובלת האלקטרונים מייצר 36 מולקולות של ATP לכל מולקולה של גלוקוז המתפרקת (Robergs & Roberts 1997). לפיכך, המערכת האירובית מייצרת ATP פי 18 יותר מאשר הגליקוליזה האנאירובית מכל מולקולת גלוקוז.

שומן, המאוחסן כטריגליצריד ברקמת השומן מתחת לעור ובתוך שרירי השלד (הנקרא טריגליצרידים תוך שרירים), הוא הדלק העיקרי הנוסף למערכת האירובית, והוא מאגר האנרגיה הגדול ביותר בגוף. בשימוש בשומן, טריגליצרידים מתפרקים לראשונה לחומצות שומן חופשיות וגליצרול (תהליך הנקרא ליפוליזה). חומצות השומן החופשיות, המורכבות משרשרת ארוכה של אטומי פחמן, מועברות למיטוכונדריה בשריר, שם משמשים אטומי הפחמן לייצור אצטיל-CoA (תהליך הנקרא חימצון ביתא).

בעקבות היווצרות acetyl-COA, מטבוליזם השומן זהה לחילוף החומרים בפחמימות, עם אצטיל- CoA נכנס למעגל קרבס ואת האלקטרונים מועבר שרשרת התחבורה אלקטרונים כדי ליצור ATP ומים. החמצון של חומצות שומן חופשיות מניב הרבה יותר מולקולות ATP מאשר חמצון של גלוקוז או גליקוגן. לדוגמה, החמצון של חומצה שומן palmitate מייצרת מולקולות 129 של ATP (ברוקס אל 2000). לא פלא לקוחות יכולים לקיים פעילות אירובית יותר מאשר אחד אנאירובית!

הבנת האופן בו מייצרים אנרגיה לפעילות גופנית חשובה כשמדובר בתרגיל תכנות בעוצמה ובמשך הזמן המתאים ללקוחות שלך. אז בפעם הבאה שלקוחותיך יסיימו באימון וחשבו, יש לי הרבה אנרגיה, אתה תדע בדיוק איפה הם קיבלו את זה.

מאפייני מערכת האנרגיה

מערכת אנרגיה

יש לקוחות להתחמם להתקרר לפני ואחרי כל אימון.

מערכת phosphagen

אימון יעיל למערכת זו הוא ספרינטים קצרים ומהירים מאוד על ההליכון או האופניים שנמשכים 5 שניות עם 15 דקות מנוחה בין כל אחד מהם. תקופות המנוחה הארוכות מאפשרות חידוש מלא של קריאטין פוספט בשרירים כך שניתן יהיה לעשות בו שימוש חוזר לפרק הזמן הבא.

• ערכות 2 של 8 x 5 שניות במהירות קרובה למעלה עם 3: מנוחה 00 פסיבית ו- 5: שאר 00 בין קבוצות
• 5 x 10 שניות בקרוב למהירות המירבית עם מנוחה פסיבית 3: 00 4: 00

גליקוליזה

מערכת זו יכולה להיות מאומן באמצעות מרווחי מהיר שנמשך 30 שניות 2 דקות עם תקופת התאוששות פעילה פעמיים זמן עבודה כמו זמן עבודה (1: 2 יחס עבודה ל-מנוחה).

• 8 x 10 שניות מהר עם התאוששות פעילה בשעה 30:1
• 4 x 1: 30 מהיר עם 3: 00 שחזור פעיל

מערכת אירובית

בעוד מערכת phosphagen וגליקוליזה מאומנים בצורה הטובה ביותר עם intervals, כי אלה מערכות מטבוליות מודגשים רק במהלך פעילות בעוצמה גבוהה, המערכת האירובית יכולה להיות מאומנים עם פעילות גופנית רציפה ומרווחי זמן.

• 60 דקות בקצב לב מרבי של 70% 75%
• אימון קצב של 15 עד 20 דקות בעוצמת סף לקטט (כ 80% - 85% דופק מקסימלי)
• 5 x 3:00 ב 95% 100% דופק מקסימלי עם התאוששות פעילה 3:00

מאת ג 'ייסון קרפ, PhD

הפניות:

ברוקס, GA, et al. 2000. תרגיל פיזיולוגיה: ביו אנרגטיקה אנושית ויישומיה.מאונטיין ויו, קליפורניה: מייפילד.

Enoka, RM ו- Stuart, DG 1992. נוירוביולוגיה של עייפות שריריםכתב העת של פיזיולוגיה יישומית, 72(5), 1631 48.

Glaister, M. 2005. עבודות ספרינט מרובות: תגובות פיזיולוגיות, מנגנוני עייפות והשפעת הכושר האירובי.רפואה ספורט, 35(9), 757 77.

Hochachka, PW, Gunga, HC, & Kirsch, K. 1998. הפנוטיפ הפיזיולוגי של אבותינו: התאמה לסובלנות היפוקסיה ולביצועי סיבולת?ההליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, 95, 1915 20.

Hochachka, PW, & Monge, C. 2000. התפתחות הפיזיולוגיה של סובלנות היפוקסיה אנושיתההתקדמות בביולוגיה ניסיונית וביולוגית, 475, 25 43.

McLester, JR 1997. כיווץ ועייפות שרירים: תפקיד אדנוזין 5'-דיפוספט ופוספט אנאורגני.רפואה ספורט, 23(5), 287 305.

רוברגס, RA ורוברטס, SO 1997. פעילות גופנית: תרגיל, ביצועים ויישומים קליניים.בוסטון: וויליאם סי בראון.