Egészségügy | Tanulmányok, esszék » Energiaforrások a vázizomban

Energia források a vázizomban Capillary Muscle cell Glycogen Glucose 2 Anaerobic glycolysis 1 Direct phosphorylation Creatine phosphate ADP ATP Creatine L-lactate Pyruvate ADP 3 Oxidative phosphorylation CO2 O2 Fatty acids Mitochondrion útvonal sebesség mennyiség ATP/glükóz igen gyors igen limitált - 2. glikolízis gyors limitált 2-3 3. oxidatív foszforiláció lassú nem limitált 36 1. direkt foszforiláció Izomtípusok Ocular muscle Gastrocnemius Duration of depolariyation Force of contraction Soleus 0 40 80 120 160 200 Milliseconds • kontrakció sebessége alapján – gyors – lassú • energiaforrás alapján – oxidatív – glikolitikus Izomtípusok Jellemzők Gyors glikolitikus Gyors oxidatív Lassú oxidatív II. A II. B I. Miozin ATP-áz aktivitása nagy nagy alacsony SR Ca2+-pumpa aktivitása nagy nagy alacsony kicsi „fehér izom” nagy „vörös izom” nagy „vörös izom” rostátmérő

nagy kicsi közepes glikolítikus kapacitás nagy nagy mérsékelt mechanikai válasz gyors gyors lassú Oxidatív kapacitás - mitokondrium - kapilláris sűrűség - mioglobin tartalom Az izom-energetika komponensei 1000 CrP 6 500 ATP Relative O2 extraction V02 (%) ATP/CrP (μmol/g wet weight) 12 100 0 0 60 120 180 Time (s) • direkt foszforiláció • glikolízis • oxidatív foszforiláció 8-10 másodperc 1-2 perc amíg a tápanyag tart Az izom-energetika komponensei Maximal stop time (min) 15 10 with blood flow 5 without blood flow 0 15 20 35 50 75 Force (% of maximal isometric force) • direkt foszforiláció • glikolízis • oxidatív foszforiláció 8-10 másodperc 1-2 perc amíg a tápanyag tart Az izom-energetika komponensei 10 (Lactate) (mmol/l) 8 anaerobe threshold 6 4 aerobe / anaerobe tranzition 2 aerobe threshold 0 50 100 150 200 Heart rate (min-1) • direkt foszforiláció • glikolízis • oxidatív

foszforiláció 8-10 másodperc 1-2 perc amíg a tápanyag tart Az izom glikogén tartalma a táplálék összetételének szerepe Muscle glycogen content (grams/kg-muscle) 2 hours of exercise 24 20 high carbohydrate diet 16 12 8 fat or protein diet no food 4 0 0 10 20 30 40 Hours of recovery 50 5 days • jelentős izommunka hatására az izom glikogéntartalma teljesen kimerülhet • szénhidrát-mentes diéta mellett a glikogéntartalom visszaépülése igen lassú Az izom teljesítménye Velocity (m*sec-1) V0 2 Power Power (n*msec-1) 1 3 Force (n) F0 • az összehúzódás sebessége függ a terheléstől – v = (A – B * F) / (F + C); ahol v0 = A / C; F0 = A / B – izotóniás összehúzódás – izometriás összehúzódás • az izom teljesítménye (P = F * v) függ a terheléstől – harang alakú görbe  optimális terhelés [~F0 / 3] – hatásfok ~ 20% Munkavégzés alatt bekövetkező változások követelmény: megnövekedett

anyagcsere kreatinfoszfát pool anaerob katabolizmus aerob katabolizmus ATP izommunka (20%) (konstans) hőtermelés (80%) glükóz, glikogén, FFA válasz: megnövekedett O2 fogyasztás (VO2) • • • légzési frekvencia  respirációs volumen  alveoláris O2 diffúzió  • • perctérfogat  AV O2 differencia  A cardiovaszkuláris rendszer alkalmazkodása • lokális válaszok: a működő izom vérellátása  – vazodilatáció a szimpatikus kolinerg idegek aktivitásfokozódása miatt – vazodilatáció a fokozott metabolizmus miatt (hipoxia, hiperkapnia, acidózis, metabolitok) – megnövekedett AV O2 differencia (O2 extrakció) • generalizált válaszok – – – – – – szívfrekvencia  perctérfogat  pa  pulzustérfogat  perifériás ellenállás  keringő vérmennyiség redistribúciója kisvérköri átáramlás  ? reguláció: hiperkapnia, hipoxia, acidózis  reflexek A keringésben bekövetkező

változások központi idegrendszer izomműködés  szimpatikus idegek  vagus  artériás arteriola nyomás  konstrikció  • vese VÁ  • splan. VÁ  • bőr VÁ  • nyugalomban lévő izom VÁ  szívfrekvencia  pulzustérfogat  perctérfogat  vénás telődés  vazodilatátor metabolitok  működő izom VÁ  • „izompumpa” • „respiratórikus pumpa” VÁ = vérátáramlás Munkavégzést kísérő változások PA(mmHg) kardiovaszkuláris paraméterek 10% MF 120 50% MF 30% MF Pressure 100 MV(1m-1 m-2) 6,0 Minute volume 5,0 4,0 3,0 130 Heart rate Hr(min-1) 110 90 70 R -5 A 0 E 5 Time (min) 10 R 15 -5 E A 0 5 Time (min) 10 R 15 A E 1 Time (min) Munkavégzést kísérő változások kardiovaszkuláris paraméterek Stroke volume (ml/beat) 150 150 130 110 135 Heart rate 90 120 Heart rate (beats/minute) 170 Stroke volume 165 70 105 50 5 10 15 20 25 30 Cardiac

output (liters/minute) • a perctérfogat növekedése – szívfrekvencia  – pulzustérfogat  (kezdetben ez fokozódik jobban) Munkavégzést kísérő változások kardiovaszkuláris paraméterek End-diastolic volume Ventricular volume (ml) 120 100 200 80 Stroke volume 60 Aortic systolyc 150 Mean (both) 100 40 Diastolic (both) 50 20 0 Radial artery systolic End-systolic volume R 1 2 PK • vég diasztolés térfogat  • vég systolés térfogat  R 25 50 75 VO2 max(%) • diasztolés nyomás  • systolés nyomás  • artériás középnyomás  100 Munkavégzést kísérő változások a vér megoszlása a szervek között l/min 20 Skin • fokozódó munkavégzés során 15 Heart, brain etc. – splanchnikus területek VÁ  – agy és szív VÁ = – bőr   Cardiac output – izom VÁ  10 Viscera 5 Muscle 0 1 2 Oxygen uptake 3 l/min Munkavégzést kísérő változások az „izompumpa”

200+ 200 mm Hg Blood flow (100 ml/min) 120 mm Hg 200 mm Hg Rhythmic exercise 40 20 Calf flow Muscle contraction Passive upright position ΔP = 80 mmHg • a működő izom vérellátása szakaszos – – – – 0 10 16 minutes összehúzódáskor az átáramlás akadályozott a csökkent átáramlást a metabolitok felszaporodása kíséri  vazodilatáció alakul ki elernyedés után fokozódik a vérátáramlás 18 Munkavégzést kísérő változások hőszabályozás Heavy upright exercise Cool Cardiac output (L*min-1) 14 Stroke volume (ml) 110 CPV (mm Hg) 70 5 0 Heart rate (beats*min-1) – vazodilatáció a bőrerekben  áramlásfokozódás – perspiratio sensibilis (verejtékezés) 18 200 180 Regional blood flow (L*min-1) • fokozott hőtermelés  fokozott hőleadás iránti igény Hot Required SKBF 3 2 SKBF 1 SBF, RBF 0 2 4 6 8 Time (min) 10 12 Munkavégzést kísérő változások a légzési rendszer

alkalmazkodása 120 Total ventilation (liters/min) 110 100 80 60 40 20 Moderate exercise 0 1.0 2.0 Severe exercise 3.0 4.0 O2 consumption (liters/min) • megnövekedett légzési frekvencia (15/min – 40-50/min) • megnövekedett respirációs volumen (0,5 l – 3 l) • megnövekedett légzési perctérfogat (7-8 l/min – 150 l/min) reguláció: hiperkapnia, hipoxia által aktivált reflexek? Munkavégzést kísérő változások a légzési rendszer alkalmazkodása 150 Work (W) 200 250 300 6 athlete 40 normal 35 94 5 PaCO2 (kPa) 45 100 athlete 12,5 92 normal 12,0 88 11,5  • a reflexes szabályozásért 0,25 arterial 0,20 O2 content – a pO2 és pCO2 légzésszinkron változásai – végtagok izületeiben található receptorokból érkező ingerületek 50 PaO2 (kPa) – nem változik jelentősen az átlagos artériás pO2 – nem változik jelentősen az átlagos artériás pCO2 – csökken az vénás O2 koncentráció PaO2 (mm Hg) •

közepes intenzitású munkavégzés során PaCO2 (mm Hg) 0 avDO2 0,15 venus 0,10 0,05 0 1 2 3 O2 extraction VO2 (l/min) 4 Munkavégzést kísérő változások a légzési rendszer alkalmazkodása 10 5 0 25 15 55 Cardiac output and cardiac index Oxigen consumption 4 3 2 1 Oxygen consumption (liters/min) 15 Cardiac output (liters/min) Cardiac index (liters/min/m2) 35 85 Endurance athletes 6 80 70 5 Maximal oxygen uptake (L*min-1) Conditioned (53) 4 Normally active (45) 3 Sedentary (30) 2 1 0 400 800 1200 1600 Work output during exersice (kilogram-meters/min) 100 200 300 400 Power (watts) • a teljesítmény és az oxigénfelvétel között egyenes arányosság van • a maximális oxigénfelvételt az edzettség mértéke szabja meg 60 Maximal oxygen uptake (ml*min1kg-1) 30 Munkavégzést kísérő változások az „oxigénadósság” ml/min O2 debt O2 uptake VO2 1250 Steady state 1000 Repayment of O2 debt 750 500 Resting

level 250 Rest 0 Work 2 4 6 Recovery 8 10 12 Time (min) • A munkavégzést követő fokozott O2 fogyasztás – az O2 raktárak feltöltésére (mioglobin) – a foszfokreatin készlet feltöltésére – a tejsav eliminálására fordítódik Munkavégzést kísérő változások az „oxigénadósság” Steady state 100 Light work (75 W) 50 pulse 80 Heart rate (min-1) 60 Heavy work (150 W) Rise in fatigue 140 120 100 600 pulse 80 60 rest 0 work 20 rest 40 60 Time (min) 80 100 120 • az oxigénadósság kialakulását és törlesztését a szívfrekvencia parallel változásai is kísérik Munkavégzést kísérő változások Performance a tréning és a fizikai teljesítőképesség more intensive training training light training no training time Deviation from mean 25 0 -25 -50 6 9 12 15 18 Time of day 21 24 3 6