ΑΣΚΗΣΙΑΚΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΣΕ ΠΑΙ ΙΑ ΚΑΙ ΕΦΗΒΟΥΣ Βασίλης Μούγιος ΤΕΦΑΑ ΑΠΘ http://users.auth.gr/mougios Η σωµατική άσκηση απαιτεί υψηλά ποσά ενέργειας Myosin head Mougios, Exercise Biochemistry (Human Kinetics) 2006 1
Αρχές του µεταβολισµού κατά την άσκηση Ο µεταβολισµός κατά την άσκηση υποτάσσεται στην ανάγκη αυξηµένης παροχής ενέργειας στους συστελλόµενους µύες. Τα περισσότερα είδη άσκησης χαρακτηρίζονται από αυξηµένη διάσπαση υδατανθράκων και λιπιδίων. Η άσκηση αλλάζει το µεταβολισµό όχι µόνο των ασκούµενων µυών, αλλά και άλλων οργάνων. Αρχές του µεταβολισµού κατά την άσκηση Ο µεταβολισµός δεν επιστρέφει στα χαρακτηριστικά της ηρεµίας αµέσως µετά το τέλος της άσκησης. Η τακτική επανάληψη της άσκησης µπορεί να αλλάξει τόσο πολύ το µεταβολισµό, που το µεταβολικό προφίλ ενός αθλούµενου, όχι µόνο κατά την άσκηση αλλά και κατά την ηρεµία, να είναι διαφορετικό από το αντίστοιχοπροφίλενόςµηαθλούµενου. Πολλές από τις αλλαγές αυτές αυξάνουν την απόδοση και βελτιώνουν ή/και προστατεύουν την υγεία. 2
Ενεργειακά συστήµατα Σύστηµα ATP-φωσφοκρεατίνης Σύστηµα γαλακτικού οξέος (Υδατάνθρακες) Σύστηµα οξυγόνου (Υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες) Σύστηµα ATP-φωσφοκρεατίνης Φωσφοκρεατίνη + ADP + Η + ATP + κρεατίνη Bogdanis et al., J Physiol 482, 467, 1995 3
Το σύστηµα ΑΤΡ-φωσφοκρεατίνης παρέχει την περισσότερη ενέργεια σε µέγιστες ασκήσεις διάρκειας λίγων δευτερολέπτων (µέχριπερίπου 7 s). Άρση βαρών Άλµατα Ρίψεις ρόµος 60 m Eκρηκτικές προσπάθειες σε ασυνεχή αγωνίσµατα Παιδιά και έφηβοι εν έχουν διαφορεετική συγκέντρωση φωσφοκρεατίνης και ΑΤΡ στους µύες σε σύγκριση µε ενηλίκους. 4
Σύστηµα γαλακτικού οξέος Μυϊκή ίνα Hans Hoppeler Γλυκογόνο Γλυκόζη Γλυκογονόλυση Γλυκόλυση NAD + 2-3 ATP NADH Πυροσταφυλικό οξύ NADH NAD + Γαλακτικό οξύ 5
Το σύστηµα του γαλακτικού οξέος παρέχει την περισσότερη ενέργεια σε µέγιστες ασκήσεις διάρκειας περίπου από 7 s µέχρι 1 min. ρόµοι 100, 200 και 400 m Κολύµβηση 50 και 100 m Ιδιαιτερότητες παιδιών Κατά τους περισσότερους ερευνητές, έχουν µειωµένη συγκέντρωση γλυκογόνου (50-60% της συγκέντρωσης των ενηλίκων) και µειωµένη δραστικότητα ενζύµων του συστήµατος του γαλακτικού οξέος στους µύες. Έχουν περιορισµένη µέγιστη ικανότητα παραγωγής γαλακτικούοξέος (συγκέντρωσηστοαίµα 15 mmol/lέναντι > 20 στουςενηλίκους). Έχουν περιορισµένη ικανότητα εξουδετέρωσης της οξύτητας. 6
Σύστηµα οξυγόνου Γλυκογόνο Γλυκογονόλυση Γλυκόλυση Γλυκόζη NAD + ATP NADH Πυροσταφυλικό οξύ NAD +, FAD Κύκλος Krebs NADH, FADH 2 CO 2 Οξιδωτική φωσφορυλίωση H 2 O Αναπνευστική αλυσίδα O 2 Σύνολο 30-31 ATP Σύστηµα οξυγόνου Μυς Γλυκογόνο Γλυκόζη Ήπαρ 7
Μούγιος, Βιοχηµεία της Άσκησης (Πασχαλίδη) ) 2008 Σύστηµα οξυγόνου Λιποκύτταρο Fawcett, The Cell (Elsevier) 1967 8
Σύστηµα οξυγόνου Μυϊκή ίνα Hans Hoppeler Σύστηµα οξυγόνου Τριακυλογλυκερόλες Λιπόλυση ATP τικήλίωση ω δ Οξι σφορυ φω H O Λιπαρά οξέα 22 τική σ υ ε απνίδα ν Α + σ NAD +, FAD β Οξίδωση & αλ υ O22 κύκλος Krebs NADH, FADH22 CO2 Σύνολο 106 ATP 9
Πρωτεΐνες Σύστηµα οξυγόνου Πρωτεϊνόλυση Κύκλος Krebs Αµινοξέα ATP NAD +, FAD NADH, FADH 2 Οξιδωτική φωσφορυλίωση H 2 O Αναπνευστική αλυσίδα O 2 CO 2 Σύνολο 22 ATP Το σύστηµα του οξυγόνου παρέχει την περισσότερη ενέργεια σε ασκήσεις που διαρκούν περισσότερο από 1 min (ανεξάρτητα από ένταση) και σε ασκήσεις µέτριας ή χαµηλής έντασης και διάρκειας κάτω από 1 min. 10
Ιδιαιτερότητες παιδιών και εφήβων Παιδιά και έφηβοι έχουν αυξηµένη δραστικότητα ορισµένων οξιδωτικών ενζύµων στους µύες. Παιδιά έχουν αυξηµένη συµµετοχή της γλυκόζης του αίµατος στην παροχή ενέργειας κατά τη διάρκεια παρατεταµένης άσκησης. Πηγή Πηγές ΑΤΡ κατά την άσκηση Φωσφοκρεατίνη 1 2,6 Γλυκογόνο (ανάµονάδαγλυκόζης) αναερόβια 3 1,5 αερόβια 31 0,5 Απόδοση Ταχύτητα (ATP) (mmol ATP/kgµυός/s) Παλµιτικό οξύ 106 0,2-0,3 11
Μείγµα καυσίµων Υδατάνθρακες Λιπίδια ιάρκεια Μείγµα καυσίµων Υδατάνθρακες Λιπίδια Ένταση 12
Επίδραση της διάρκειας άσκησης µέτριας έντασης στο µείγµα καυσίµων Romijn et al., Am J Physiol 265, E380, 1993 Επίδραση της έντασης της άσκησης στο µείγµα καυσίµων van Loon et al., J Physiol 536, 295, 2001 13
Ιδιαιτερότητα παιδιών Τα αγόρια µάλλον χρησιµοποιούν αναλογικά περισσότερα λιπίδια από τους άντρες σε παρατεταµένη άσκηση δεδοµένης απόλυτης ή σχετικής µέτριας έντασης. Η διαφορά αυτή δεν φαίνεται να υπάρχει µεταξύ κοριτσιώνκαιγυναικών. Πρόσληψη υδατανθράκων κατά τη διάρκεια παρατεταµένης άσκησης αυξάνει την αντοχή των παιδιών (όπως και των ενηλίκων). Οι πρωτεΐνες; Συνεισφέρουνελάχιστα (3-6 %) στην παραγωγή ενέργειας κατά την άσκηση. 14
Χρόνιες επιδράσεις της άσκησης στο µεταβολισµό ΗάσκησηΗ προκαλεί αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση, δηλαδή στην παρουσία των προϊόντωνενόςγονιδίου (RNA ήπρωτεΐνης) σεένα κύτταρο. Γονίδιο (DNA) RNA πρωτεΐνη Στάδια ελέγχου της γονιδιακής έκφρασης Μούγιος, Βιοχηµεία της Άσκησης (Πασχαλίδη) ) 2008 15
Ασκησιογενείς µεταβολές που µπορεί να τροποποιούν τη γονιδιακή έκφραση Αύξηση [Ca 2+ ] Μείωση [ΑΤΡ] καιαύξηση [ΑDP] και [AMP] Μείωση γλυκογόνου Μείωσηοξυγόνου (υποξία) Αύξηση ελεύθερων ριζών Μείωση ph Εφαρµογή τάσης (διάταση) στη µυϊκή ίνα Αυξηµένη πρόσδεση πρωτεϊνών σε κυτταρικούς υποδοχείς Eπίδραση της προπόνησης αντοχής Αύξησητηςαερόβιαςικανότητας (VO 2 max) λόγω: αύξησης της µέγιστης καρδιακής παροχής, που οφείλεται στην αύξηση του όγκου παλµού, και αυξηµένης εξαγωγής οξυγόνου, που οφείλεται στην αύξηση της αιµάτωσης των µυών και στην αύξηση της χρήσης οξυγόνου (αύξηση αριθµού και µεγέθους µιτοχονδρίων). 16
Ιδιαιτερότητα παιδιών και εφήβων Ηαύξησητης VO 2 max µετηνπροπόνησηαντοχής είναι µικρότερη στα παιδιά και µεγαλύτερη κατά τηνεφηβεία (κατά 10 % περίπου). Για να επιτευχθεί, χρειάζονται µάλλον υψηλότερες εντάσειςαπ ό,τιστουςενηλίκους. Πιθανοί λόγοι, η αυξηµένη καρδιακή συχνότητα ηρεµίας, η πιο δραστήρια καθηµερινή ζωή και η χαµηλότερη αιµοσφαιρίνη. Eπίδραση της προπόνησης αντοχής Αύξηση της αναλογίας λιπιδίων προς υδατάνθρακες που χρησιµοποιούνται κατά τη διάρκεια παρατεταµένης άσκησης δεδοµένης απόλυτης έντασης (και σε παιδιά) λόγω: αύξησης της οξιδωτικής ικανότητας των µυών και αύξησης της ικανότητάς τους να καίνε λιπίδια περισσότερο από την αύξηση της ικανότητάς τους να καίνε υδατάνθρακες. 17
Επίδραση της προπόνησης αντοχής στο µείγµα καυσίµων Carter et al., Am J Physiol 280: E898, 2001 Συνιστώµενα χαρακτηριστικά προπονητικού προγράµµατος Ένταση: 60-70 % της VO 2 max ήτουαποθέµατος καρδιακής συχνότητας ιάρκεια: 20 min Συχνότητα: 3 φορές την εβδοµάδα Είδος: οτιδήποτε περιλαµβάνει συνεχείς συστολές µεγάλων µυϊκών οµάδων 18
Σύνοψη ιδιαιτεροτήτων του ασκησιακού µεταβολισµού σε ανηλίκους Μεγαλύτερη ανάπτυξη του αερόβιου συστήµατος. Περιορισµένη ανάπτυξη του συστήµατος του γαλακτικού οξέος. Περιορισµένοµυϊκόαπόθεµαγλυκογόνου. Σύνοψη ιδιαιτεροτήτων του ασκησιακού µεταβολισµού σε ανηλίκους Αυξηµένη συµµετοχή της γλυκόζης του αίµατος στην παροχή ενέργειας κατά τη διάρκεια παρατεταµένης άσκησης. Χρήση αναλογικά περισσότερων λιπιδίων σε παρατεταµένη άσκηση δεδοµένης απόλυτης ή σχετικής µέτριας έντασης. 19