Telesni energetski sistemi

Zato, da se lahko gibamo, da hodimo, tečemo, dvigujemo uteži oz. počnemo karkoli fizičnega, mišice potrebujejo energijo. Od kod oz. kako jo dobijo? Kaj je neposreden vir energije za mišično delo? Meso in krompir? Verjetno se strinjate, da ne. Ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine? Tudi ne. Neposredni vir energije za delovanje mišic je adenozin trifosfat, na kratko ATP. V nadaljevanju bodo opisani telesni sistemi za pridobivanje ATP-ja, kako se med seboj prepletajo in njihova pomembnost pri različnih športnih aktivnostih.

Adenozin trifosfat – ATP

Kot že rečeno, mišice za delovanje potrebujejo energijo, to pa dobijo iz visokoenergijskih molekul ATP. ATP je pravzaprav vir energije za vse telesne celice, ne le mišične. Če si torej mišice ali katerikoli drug organ predstavljamo kot motor, je ATP gorivo, ki ta motor poganja.

ATP oz. adenozin trifosfat je sestavljen iz adenozina in treh neorganskih fosfatnih skupin (od tod ime trifosfat), ki so povezane s kemičnimi vezmi, v katerih je shranjena energija. Največ energije je shranjene v vezi med drugo in tretjo fosfatno skupino, ki se sprosti, ko se vez prekine oz. odcepi zadnji fosfat. To sproščeno energijo lahko celica nato porabi za svoje delovanje; mišična celica npr. za krčenje.

Ko se torej fosfatna skupina odcepi od ATP, se sprosti energija, pri tem pa nastane adenozin difosfat (ADP) in prosta fosfatna molekula. V nekaterih primerih se lahko odcepi še en fosfat, da ostane le adenozin monofosfat (AMP).

Ker so zaloge ATP omejene, mora ATP – da lahko telo deluje nemoteno – seveda tudi nastajati. ATP nastaja iz ADP in prostih fosfatnih skupin med presnovnimi kemičnimi reakcijami, med katerimi se energija shrani v kemične vezi med fosfati. V nadaljevanju bodo predstavljeni energetski sistemi za proizvodnjo ATP.

Energetski viri za regeneracijo ATP

Preden se lotimo opisovanja energetskih sistemov, si oglejmo še vire energije za proizvodnjo ATP. Ti viri so: kreatin fosfat ter ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine.

Kreatin fosfat

Kreatin fosfat (tudi fosfokreatin ali PCr) je, podobno kot ATP, visokoenergijska molekula v telesu, ki se lahko s pomočjo encima kreatin kinaze razcepi na kreatin in fosfatno skupino, ki se nato lahko porabi za sintezo ATP iz ADP (ADP + P = ATP). V telesu je približno 120g kreatin fosfata, večinoma v mišičnem tkivu.

Ogljikovi hidrati

Določen del energije zaužijemo z ogljikovimi hidrati. Čeprav so zaužiti ogljikovi hidrati različnih vrst, jih telo vedno prebavi in nato presnovi v eno samo obliko – glukozo. Po zaužitju ogljikovih hidratov se tako poveča koncentracija glukoze v krvi. Ta se lahko nato v jetrih in mišicah pretvori v glikogen (v mirovanju), ali pa vstopi neposredno v energetski sistem za proizvajanje ATP. Neposredno v energetski sistem lahko vstopi tudi mišični glikogen, jetrni glikogen pa se mora najprej razgraditi do glukoze, ki nato po krvi potuje do mišic, kjer se lahko porabi za pridobivanje ATP.

Maščobe

Maščobe so v telesu shranjene predvsem v podkožnem maščobnem tkivu, bolj natančno v maščobnih celicah. Večino teh maščob predstavljajo trigliceridi, ki nastanejo iz glicerola in prostih maščobnih kislin, v katerih je shranjen glavni del energije trigliceridov.

Maščobe se za proizvajanje ATP porabljajo težje in počasneje kot ogljikovi hidrati, saj se morajo trigliceridi najprej presnoviti do glicerola in prostih maščobnih kislin, šele slednje pa lahko vstopijo v energetski sistem za proizvajanje ATP. In kot bomo videli v nadaljevanju, je tudi v energetskem sistemu energijo iz prostih maščobnih kislin možno dobiti le po najdaljši poti. To počasno prodobivanje je tudi vzrok, da so maščobe neprimerno gorivo za kratke in zelo intenzivne telesne aktivnosti.

Beljakovine

Kot energetski vir se lahko beljakovine porabljajo med dolgotrajno telesno aktivnostjo in stradanjem, vendar se morajo pred tem razgraditi na aminokisline, te pa nato presnoviti v glukozo ali katero od drugih snovi, ki lahko vstopijo v energetske sisteme za pridobivanje ATP. K skupni proizvodnji ATP beljakovine prispevajo zelo majhen delež (okrog 5%), le pri zelo dolgotrajni aktivnosti ali stradanju se lahko delež poveča na okrog 18%.

Energetski sistemi za proizvajanje ATP

Obstajajo trije energetski sistemi za proizvajanje ATP. Kateri sistem bo doprinesel največ k proizvodnji ATP, je odvisno od več dejavnikov, med najpomembnejše pa sodita intenzivnost in dolžina vadbe. Šprinter bo tako za svoj tek večino energije dobil iz drugega sistema kot npr. maratonec.

Anaerobni alaktatni oz. ATP-PCr sistem

Kreatin fosfat oz. fosfokreatin (PCr) je visokoenergijska molekula, ki se lahko s pomočjo encima kreatin kinaze razcepi na kreatin in fosfatno skupino, ki se nato lahko porabi za sintezo ATP iz ADP. Prvih 5 sekund vadbe (ne glede na intenzivnost) je to edini sistem za obnovo ATP. V telesu je le za nekaj sekunde vadbe ATP-ja, po tem času pa morajo začeti sodelovati sistemi za proizvodnjo. ATP-PCr sistem lahko vzdržuje maksimalno intenzivno vadbo še 5 do 8 sekund, skupaj torej od 10 do 15 sekund. Po tem času mora proizvodnjo večine ATP-ja prevzeti glikolitični sistem.

Anaerobni glikolitični oz. anaerobni laktatni sistem

Ko ATP-PCr sistem ne more več zagotavljati dovolj ATP-ja, morata to vlogo prevzeti anaerobni glikolitični (oz. laktatni) in aerobni (oz. oksidativni) sistem. A preden se lotimo opisa teh dveh sistemov, se na kratko ustavimo pri terminologiji:

1. Aerobni proces = proces, ki poteka ob prisotnosti kisika
2. Anaerobni proces = proces,  ki poteka brez kisika
3. Glikoliza = presnovni proces glukoze, pri katerem nastaneta neto 2 mola ATP/mol glukoze
4. Končni produkt glikolize je piruvat. Če na razpolago NI dovolj kisika, se ta nadalje spremeni v mlečno kislino oz. sol mlečne kisline – laktat, drugače  pa v acetil koencim A, ki nato vstopi v proces, ki se imenuje Krebsov cikel. Včasih se je celotnemu procesu, v katerem nastane laktat, reklo anaerobna glikoliza; če se je proces nadaljeval s Krebsovim ciklom, pa aerobna glikoliza. To poimenovanje je zavajujoče, saj prisotnost oz. neprisotnost kisika ne vpliva na glikolizo, ampak samo na končni produkt glikolize (piruvat). Bolj zadovoljivo poimenovanje je hitra glikoliza (prej anaerobna) in počasna glikoliza (prej aerobna).

Kot že samo ime pove, je proizvodnja ATP-ja s hitro glikolizo hitrejša, vendar pa ima to tudi svojo ceno: v procesu nastaja laktat, ki je eden od dejavnikov mišične utrujenosti.

ATP-PCr sistem vzdržuje proizvodnjo ATP približno prvih 15 sekund, nato proizvodnjo postopoma prevzema anaerobni laktatni sistem. Po približno 30 sekundah večina ATP-ja prihaja iz tega sistema, po približno 45 sekundah pa začne delež ATP-ja iz tega sistema upadati, proizvodnjo pa začne prevzemati oksidativni sistem.

Oksidativni sistem

Oksidativni sistem je glavni sistem za proizvodnjo ATP v mirovanju in med nizkointenzivno, dolgotrajno vadbo. Sestavljajo ga trije procesi: počasna glikoliza, Krebsov cikel in dihalna veriga. Oksidativni sistem je v primerjavi s prejšnima dvema precej počasnejši, vendar pa lahko vzdržuje proizvodnjo ATP skoraj neomejeno dolgo oz. tako dolgo, dokler je na voljo dovolj hranilnih snovi.

Za razliko od anaerobnega laktatnega sistema, pri katerem lahko ATP nastaja le s presnavljanjem glukoze (glikoliza), lahko oksidativni sistem presnavlja tudi maščobe. Telesne maščobe najprej razpadejo na glicerol in proste maščobne kisline, slednje pa se v procesu beta oksidacije reducirajo do acetil koencima A in vodika. Acetil koencim A nato vstopi v Krebsov cikel in od tod je presnova maščob enaka presnovi glukoze. Kar se tiče pridobivanja ATP, je glavna razlika med glukozo in maščobami v tem, da pri presnovi maščob nastane bistveno več acetil koencima A in vodika in posledično tudi ATP, vendar je za to potrebno tudi bistveno več kisika. To dejstvo pride do izraza npr. pri dolgotrajnih aktivnostih (npr. maraton); ko začne v telesu primanjkovati ogljikovih hidratov, vedno več ATP nastaja iz maščob, vendar se pri tem porablja tudi več kisika. To pomeni, da se mora za zagotovitev potrebnega kisika in energije intenzivnost aktivnosti zmanjšati. Na to lahko vplivamo s primernim treningom.

Prepletanje energetskih sistemov

Pri proizvodnji ATP vedno sodelujejo vsi trije sistemi. To velja tudi pri telesni vadbi, ne glede na njeno intenzivnost in trajanje. Razlika pri različnih intenzivnostih in trajanju je le v tem, kateri od sistemov prispeva največ ATP. V spodnji tabeli (vir: Foss ML, Keteyan S. The physiological basis of exercise and sport, 1998) je predstavljen približen doprinos energetskih sistemov k skupni proizvodnji ATP pri nekaterih športih.

Šport	ATP-PCr in glikoliza	Glikoliza in oksidativni sistem	Oksidativni sistem
košarka	60	20	20
sabljanje	90	10	0
zamah pri golfu	95	5	0
gimnastika	80	15	5
hokej	50	20	30
veslanje	20	30	50
tek (dolgotrajen)	10	20	70
smučanje	33	33	33
nogomet	50	20	30
plavanje (dolgotrajno)	10	20	70
plavanje (50 m prosto)	40	55	5
tenis	70	20	10
odbojka	80	5	15