Спорт и метаболизъм

Човешкото тяло представлява сложна съвкупност от клетки, участващи във взаимосвързани системи и процеси, гарантиращи живота и дейността на живия организъм. Това се осъществява посредством взаимовръзката и взаимната обусловеност на два типа процеси: метаболитни и енергийни.

За да изясним връзката между спорта и метаболизма, първо трябва да си изясним определен тип свързани понятия.

Обменни процеси

Вътрешните обменни процеса са два типа – анаболитни/анаболни и катаболитни/катаболни.

Катаболитни процеси

Катаболните процеси се извършват на три етапа.

• В първия етап храната, приета от организма, се раздробява, транспортира и разгражда или изгражда до определени транспортни молекули и мономери, посредством ензими и киселини в организма. Това е т.нар. външноклетъчно разграждане – разграждане чрез специфични органи и системи, за което организмът се е приспособил (повече можете да прочетете в статията фазите на храненето - храносмилане и усвояване).
• Вторият етап е  разграждането на мономерите и други малки "хранителни""молекули. Отделя се малко количество енергия.
• Третият етап се извършва пълно разграждане на веществата до вода и СО2 и се синтезира  голямо количество аденозинтрифосфат(АТФ). Вторият и третият етап е разграждането на веществата вътре в клетката (вътреклетъчно смилане).

Познаваме два типа процеси – описаните тук окислителни катаболни, и такива, които могат да се извършват при кислороден недостиг – т.нар. анаеробни, срещани във фитнеса.

Катаболните процеси са екзергонични – процеси, при които се освобождава енергия. Важна особеност на катаболните процеси е, че основните органични вещества (белтъци, липиди и въглехидрати) се разграждат до малък брой крайни продукти. Крайните продукти на катаболните процеси  са вода, СО2, амоняк, урея, пикочна киселина и др. Те се извеждат от организма при процеса отделяне.

Енергията, която се освобождава от разграждането от определена маса на метаболитните горива се означава като калорийна стойност и се отбелязва като килокалория за грам вещество (kcal/g).

Анаболитни процеси

Анаболните процеси са процеси на синтез – от по-прости молекули предшественици се изграждат големи органични молекули. Това са редукционни процеси, протичащи с разход на енергия/енергозависими процеси.

Първо се синтезират междинни съединения от неорганични. През втория етап се синтезират/освобождават мономерни единици, а през третия се извършва  синтеза на полимери от мономерите.

Катаболитните и анаболитните процеси са противоположни и същевременно взаимно обусловени. Клетката не може да съществува, ако само разгражда вещества, без да синтезира нови.

Енергийни процеси

Както ясно виждаме, организмът на практика цели не само анаболизма и катаболизма, а нещо много по-важно: енергията, необходима му за жизнените процеси, от дишане и хранене до спорт и учене.

Организмите се нуждаят от енергия за синтез на различни вещества, за активен транспорт, размножаване, нарастване, механична работа и др. Източниците на енергия за живите организми са два:

• Светлинна енергия – използва се доказано само от фотосинтезиращите организми (някои бактерии и зелените растения).
• Енергия на химичните връзки – използва се от по-голям брой организми. Така добиват енергия всички останали живи организми, които не съдържат хлорофил, включително и хората.

Енергийните процеси в живите организми се характеризират с някои особености:

• Живият организъм не може да използва топлинна енергия. Отделената като топлина енергия е загубена за организма.
• Организмът натрупва приетата светлинната енергия или енергията, отделена при химичните реакции  в особени химични връзки, наречени макроергични. Когато организмът има нужда от енергия, макроергичните връзки се хидролизират с помощта на ензими и отделят натрупаната в тях енергия.
• Живият организъм не може да използва енергията на всички химични реакции.

Най-често за цикъл на енергията се смята цикълът на АТФ, тъй като той е на практика универсалният енергоприносител във всички клетки и енергийни процеси и нито една енергийна реакция не преминава напълно без него. За нас обаче са важни следните изводи:

• Метаболизмът не може да се разглежда независимо от енергийните процеси, той е на практика процес, ориентиран към сложните молекули и елементи, но с ясно изразена енергийна цел или енергийна предпоставка;
• Връзката между двата процеса най–просто може да се окачестви така: катаболните процеси разграждат храната, за да доставят на организма енергия, докато анаболните процеси изграждат организма, използвайки за целта част от неговата енергия.

Мускулната работа като енергиен процес

Няма да ви занимавам подробно с мускулните влакна и видове, еластичност и съкратимост на мускула. Факт е обаче, че за спортните нужди основен аспект има мускулното съкращение.

Е, надявам се не представлява изненада за никого: съкращението е не просто физичен, но и електрохимичен, а оттам и метаболитен процес.

Мускулно съкращение се съпровожда от редица химични процеси, от които е известна само една част. Те се извършват в две фази: анаеробна или работна фаза, в която не е необходим кислород, и аеробна фаза, в която е необходим кислород.

Анаеробна фаза

През анаеробната фаза се извършват няколко реакции при участието на различни ензими. В тази фаза става разпадане на гликоген, креатин фосфат (фосфаген) и аденозинтрифосфорна киселина.

Гликогенът преминава в лактацидоген, който от своя страна се разпада на млечна киселина и фосфорна киселина. Креатинфосфатът (КФ) се разпада на креатин (К) и фосфорна киселина (Ф). Аденозинтрифосфатът (АТФ) се разпада на аденозиндифосфат и фосфат т.е. АТД=АДФ+Ф.

Цикълът на химичните реакции в мускула започва с разпадане на аденозинтрифосфата, при което се освобождава енергия. Най-бързо протича разпадането на аденозинтрифосфата, по-бавно на фосфагена и най-бавно на гликогена.

Всеки от трите източника има своя капацитет да отдаде определено количество енергия за единица време според наличното количество от всяко вещество в клетките.

Освен разпадането на тези съединения в мускула се извършват и процеси на тяхното възстановяване. Възстановява се креатинфосфатът, аденозитин трифосфатът и по-голяма част от гликогена.

Гликогенът се ресинтезира от млечната киселина и фосфорната киселина. Установено е че 4/5 от млечната киселина преминава в лактацидоген и след това в гликоген. Останалата част от млечната киселина се отстранява непостоянно от кръвта, като изгаря до въглероден двуокис и вода.

Ресинтезът на креатинфосфата при взаимодействието на аденозинтрифосфата с креатина: АТФ+К КФ+АДФ. Аденозин трифосфат се ресинтезира при взаимодействието на аденозинтрифосфата с фосфагена: АДФ+КФ=АТФ+К.

Енергията от ресинтез на гликогена се взема от изгарянето на около 1/5 от млечната киселина. Енергията за ресинтез на креатинтрифосфата се получава от разлагането на гликогена до млечна киселина. Ресинтез на креатинфосфат става много по-бързо при наличието на кислород.

Енергията за ресинтез на аденозинтрифосфата се получава от разпадането на креатинфосфата и от части на гликогена. Разпадането на гликогена до млечна киселина дава енергия за ресинтез на креатинфосфата и след като започне съкращението, дава енергия за ресинтез на аденозинтрифосфата.

В резултат на тези следващи една след друга реакции аденозинтрифосфатът и креатинфосфатът се възстановяват напълно и само част от гликогена се изразходва.

Следователно гликогенът е главен източник на енергия за мускулното съкращение.

Понастоящем е общоприето, че мускулното съкращение е свързано с ензимната хидролиза на АТФ, при което химичната енергия преминава в работа. В това отношение има много експериментални данни, които показват, че разпределянето на АТФ дава енергия за мускулното съкращение.

В състояние на покой актинът и миозинът са отделени един от друг. При възбуждане на мускула настъпва известно нарушение в съотношението на йоните на калция, магнезия, калия и др., което дава началото на химичните реакции.

Актинът се свързва с миозина и образува актомиозин. Известно е, че една от първите основни промени във физиологичните свойства на мускула при възбуждение е увеличаване на неговата еластичност.

Установено е, че актомиозинът има по-голяма еластичност от миозина и затова може да се каже, че образуването на актомиозина е централен процес в мускулното съкращение. То дава началото на съкратителния цикъл, т.е. преминаването на мускула от състояние на покой в състояние на дейност.

В съкратителната система на мускула нищо не се извършва, докато тези два белтъка не се съединят. Белтъчната система актин-миозин в мускула е така построена, че молекулата на миозина може да се съкрати само тогава, когато е необходимо движение.

Образно казано, актинът включва система, а самото съкращение се извършва от миозина. Актомиозинът може да се получи във форма на влакна, които в присъствие на АТФ се съкращават. Това е още едно доказателство, че наистина АТФ има значение за мускулното съкращение.

Следователно мускулното съкращение е свързано с дейността на миозина, актина, АТФ, множество ензими. От състоянието,от тяхното фино и сложно равновесие зависи дали актинът и миозинът ще бъдат отделени или свързани един с друг.

По време на работа интензивността на мускулния метаболизъм нараства от 100 до 1 000 пъти. Хидролизата на АТФ обезпечава енергията, необходима за мускулното съкращение, като малка част от нея (20-30%) отива за механична работа, а останалите 70-80% се отделя под формата на топлина.

Повишаването на температурата на мускулната тъкан с 2-3 градуса по Целзий способства за увеличаване на работоспособността й (по В. Георгиев, 1992).

Този преразход на енергия се обозначава като КПД, и КПД на мускула е най–високо скоро след като е влязъл в ритъм, най–слабо – при първоначално съкращение и умора.

Това на практика означава, че в клетката на мускула при съкращението протича метаболитен процес, зависим от храненето.

Действително, голяма част от движението и съкращението мускулът може да осигури от запаси, но при всички положения дългосрочното натоварване в ежедневието и в частност при методичния спорт се нуждае от съответстващо хранене.

Мускулатурата обаче е само една от тъканите, костващи енергия на тялото със специфичните си нужди. Освен опорно-двигателния апарат, към който спада напречно набраздената мускулна тъкан, тялото разходва енергия и в храносмилане, отделяне, нервна дейност, кръвообращение.

Отделно почти всички клетки в човешкия организъм изразходват енергия за поддържане на живота в тях и клетъчно делене.

Натоварване и метаболизъм

Смятам, че връзката вече се изясни. Физическото натоварване изисква енергия, която е призвана да осигури метаболизма на организма.

Увеличеното физическо натоварване принуждава организма да произвежда повече енергия, т.е. при равни други условия води до ускорен метаболизъм.

Увеличените енергийни нужди следва да бъдат дългосрочно обезпечени чрез храната. В долната таблица е представен разходът на енергия в ежедневието на активен човек, по Н. Начев.