Fizjologia wysiłku i treningu fizycznego. Отсутствует
przemianie glikolitycznej określa się zatem prawidłowo mianem kwasicy metabolicznej.
Rycina 1.14.
Uproszczony schemat procesu glikolizy. Dla czytelności obrazu wszystkie reakcje tego szlaku przedstawiono jako reakcje jednokierunkowe. Jednakże większość z nich może przebiegać w obu kierunkach. Nie zamieszczono też nazw enzymów katalizujących poszczególne reakcje.
Mleczan jest produkowany głównie przez włókna szybko kurczące się, tj. typu IIA i IIX. Szacuje się, że ok. 70% mleczanu powstałego w czasie wysiłku ulega przekształceniu w pirogronian i utlenieniu przez mięsień sercowy oraz mięśnie szkieletowe, ok. 20% przekształca się w glukozę w wątrobie, a ok. 10% w aminokwasy. Mleczan jest utleniany w tych mięśniach szkieletowych, które pozostają w spoczynku podczas pracy innych grup mięśniowych. W pracującym mięśniu mleczan jest utleniany w sąsiadujących miocytach (zwłaszcza typu I), a nawet w komórkach mięśniowych, w których jest produkowany (zwłaszcza typu IIA).
Łagodny wysiłek (30–40% V̇O2max) wykonywany w fazie powysiłkowej odnowy przyspiesza eliminację mleczanu z krwi. Fakt ten tłumaczy się zwiększonym zużyciem tego związku przez pracujące mięśnie. Istnieje rozbieżność poglądów co do tego, czy trening wytrzymałościowy przyspiesza eliminację mleczanu z krwi.
1.4.3.2. Wolne kwasy tłuszczowe
Mięsień zużywa jedynie niezestryfikowane (wolne) kwasy tłuszczowe (FFA – free fatty acids). Pochodzą one głównie z krwi. Kwasy tłuszczowe są transportowane do wnętrza miocytu za pomocą przenośników białkowych (a zwłaszcza przenośnika o nazwie FAT/CD36), a także na drodze dyfuzji, zgodnie z gradientem stężeń. Do wnętrza mitochondriów są transportowane przez przenośnik o nazwie karnityna. Kwasy tłuszczowe są katabolizowane wyłącznie na drodze przemian tlenowych, a więc wykorzystywane głównie przez włókna typu I oraz typu IIA. Włókna typu IIX mają niewielką zdolność do przemian tlenowych, a tym samym niewielką zdolność do wykorzystania FFA. W procesie utleniania jednej cząsteczki kwasu palmitynowego (kwas tłuszczowy zawierający 16 węgli) powstaje 129 cząsteczek ATP, czyli kilkakrotnie więcej niż w procesie utleniania glukozy. Głównym źródłem wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu są triacyloglicerole zmagazynowane w tkance tłuszczowej. Przez wiele lat uważano, że triacyloglicerole tej puli hydrolizowane są przez enzym o nazwie lipaza hormonozależna (HSL – hormone sensitive lipase). Pogląd ten jednak uległ zasadniczej zmianie. Obecnie przyjmuje się, że za hydrolizę pierwszego wiązania cząsteczki triacyloglicerolu odpowiedzialny jest enzym o nazwie lipaza tłuszczowa triacyloglicerolowa. Wiązanie drugie hydrolizuje HSL, natomiast trzecie – lipaza monoacyloglicerolowa (ryc. 1.15). W komórce tłuszczowej odkryto dwa białka, z których jedno o nazwie „comparative gene identification-58 (CGI-58)” aktywuje ATGL, a drugie – o nazwie „G0/G1 switch gene 2 (G0S2)” – zmniejsza aktywność tego enzymu. Odkryto też białka o zbiorczej nazwie perilipiny. Oznaczono je numerami 1–5. Perilipiny biorą udział w regulacji lipolizy, czyli rozkładu triacylogliceroli. W tkance tłuszczowej główną rolę w aktywacji lipolizy odgrywa perilipina 1. W stanie podstawowym wiąże ona CGI-58. Katecholaminy powodują fosforylację tego białka i w następstwie uwolnienie CGI-58. Uwolnione CGI-58 wiąże się z ATGL i aktywuje ten enzym. Głównym czynnikiem aktywującym lipolizę w tkance tłuszczowej w czasie wysiłku są katecholaminy. Insulina hamuje proces lipolizy. U człowieka stężenie FFA w spoczynku wynosi ok. 400 mmol/l. W czasie wysiłku przedłużonego uwalnianie kwasów tłuszczowych do krwi przewyższa ich zużycie przez pracujące mięśnie i stężenie tych związków we krwi wzrasta (u ludzi nawet 2–3-krotnie). W czasie wysiłku o obciążeniu powyżej 65% V̇O2max tempo przyrostu stężenia FFA w osoczu ulega stopniowemu zmniejszaniu w miarę wzrostu obciążenia, pomimo zmniejszonego ich zużycia przez mięśnie, a także pomimo wysokiego tempa lipolizy w tkance tłuszczowej. Przyjmuje się, że przyczyną tego jest zmniejszenie przepływu krwi przez tkankę tłuszczową, a przez to zmniejszenie dopływu albuminy, która wiąże FFA w osoczu i transportuje je do tkanek docelowych. FFA pozostają w tkance tłuszczowej i są ponownie estryfikowane do triacylogliceroli.
Rycina 1.15.
Regulacja lipolizy w tkance tłuszczowej. Proces lipolizy rozpoczyna enzym o nazwie „lipaza tłuszczowa triacyloglicerolowa” (ATGL). Enzym ten odszczepia pierwszy kwas tłuszczowy od cząsteczki triacyloglicerolu. Powstały diacyloglicerol hydrolizowany jest przez lipazę hormonowrażliwą (HSL) do monoacyloglicerolu i kwasu tłuszczowego. Monoacyloglicerol rozkładany jest przez lipazę monoacyloglicerolową (MGL) do glicerolu i kwasu tłuszczowego. Aktywność ATGL zwiększa białko o nazwie „comparative gene identification-58” (CGI-58), natomiast białko o nazwie „G0/G1 switch gene 2” (G0S2) zmniejsza aktywność tego enzymu. FA (fatty acid) – kwas tłuszczowy, KT.
W czasie wysiłków o obciążeniu do 40% V̇O2max FFA pokrywają ponad połowę wydatku energetycznego. W miarę wzrostu obciążenia wykorzystanie FFA zmniejsza się, natomiast rośnie wykorzystanie węglowodanów. Obciążenie, przy którym wykorzystanie węglowodanów zrówna się z wykorzystaniem tłuszczów, nazywa się punktem skrzyżowania. Punkt ten najczęściej jest umiejscawiany w przedziale 40–60% V̇O2max (ryc. 1.16).
Rycina 1.16.
Punkt skrzyżowania wykorzystania węglowodanów i tłuszczów. Punkt ten jest umiejscawiany w przedziale obciążeń 40–60% V̇O2max. Trening wytrzymałościowy przesuwa punkt skrzyżowania w prawo, czyli w kierunku większych obciążeń. Utleniane kwasy tłuszczowe pochodzą głównie z puli wolnych kwasów tłuszczowych osocza oraz w znacznie mniejszym stopniu z triacylogliceroli mięśniowych. Niewielka ich ilość pochodzi z krążących w osoczu lipoprotein o bardzo małej gęstości (VLDL) i chylomikronów.
Dwa mechanizmy mogą hamować wykorzystanie węglowodanów w czasie zwiększonego wykorzystania kwasów tłuszczowych, a mianowicie:
1. Wzrostowi wykorzystania FFA towarzyszy akumulacja acetylo-CoA w mitochondriach, a także wzrost wytwarzania cytrynianu. Acetylo-CoA hamuje aktywność kompleksu dehydrogenazy bursztynianowej, co zmniejsza utlenianie pirogronianu. Natomiast cytrynian przechodzi do cytoplazmy, gdzie zmniejsza aktywność enzymu fosfofruktokinazy. Hamowanie aktywności tego enzymu hamuje proces glikolizy i wykorzystanie glukozy.
2. W czasie wysiłku zmniejsza się stężenie malonylo-CoA w mięśniach. Związek ten hamuje transport FFA do mitochondriów. Zmniejszenie stężenia malonylo-CoA odblokowuje zatem ten proces.
Należy jednak pamiętać o starej zasadzie, że „tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów”, ponieważ do ich spalania niezbędny jest szczawiooctan tworzony z pirogronianu. Innymi słowy, tłuszcz nie może być wyłącznym źródłem energii w pracującym mięśniu.
1.4.3.3. Lipoproteiny osocza
Na zwróconej do światła naczynia powierzchni śródbłonka znajduje się enzym o nazwie lipaza lipoproteinowa. Enzym ten hydrolizuje triacyloglicerole krążące w osoczu we frakcji chylomikronów i lipoprotein o bardzo małej gęstości (VLDL). Kwasy tłuszczowe uwalniane z tych lipidów są wykorzystywane głównie w miejscu uwolnienia. Część z nich przechodzi do krwi. Szacuje się, że wolne kwasy tłuszczowe z tego źródła stanowią jedynie niewielki odsetek kwasów tłuszczowych zużytych przez kurczące się mięśnie.
1.4.3.4.