השרירים זקוקים למקור אנרגיה כדי לפעול ולאפשר לנו יכולת תנועה. מקור האנרגיה היחיד שהם יודעים להשמתמש בו הוא מולקולה בשם ATP (אדנוזין טרי פוספט).
כדי לפעול ולאפשר לנו את יכולת התנועה השרירים זקוקים למקור אנרגיה. הגוף מקבל את האנרגיה שלו מהמזון שאנחנו צורכים. המזון מורכב משלושה מקרו ניוטריאנטים: פחמימות, שומנים וחלבונים. הם מתפרקים במהלך העיכול לצורות הפשוטות שלהם: סוכרים פשוטים (בעיקר גלוקוז), חומצות שומן וחומצות אמינו. לאחר מכן מועברים בדם לצורך שימוש במסלולים מטבולים או נאגרים לשימוש מאוחר בד"כ בצורה של גליקוגן וטריגליצרידים.
אבל השרירים לא יודעים להשתמש ב-מקרו ניוטריאנטים בצורה ישירה. מקור האנרגיה הבלעדי שלהם הוא מולקולה בשם ATP (אדנוזין טרי פוספט), ולכן הגוף עושה המרה של המזון ל ATP בצורות שונות.
ה ATP מכונה "מטבע האנרגיה של הגוף"
באופן לא כל כך אינטואיטיבי מתברר שבגוף קיימים מאגרי ATP קטנים מאוד, והם מספקים אנרגיה לזמן מאוד קצר של כ 2-3 שניות.
ולכן רוב ה ATP מופק משלושת המקרו ניוטריאנטים: פחמימה, שומן ובמקרים מסוימים חלבון.
בגוף קיימת מערכת שליטה רגישה ביותר על מנת לשנות במהירות את קצב המטבוליזם כאשר משתנה הדרישה ל ATP,
כמו למשל בפעילות גופנית עצימה בה הדרישה לאנרגיה עולה בצורה חדה מאוד.
כל התאים פועלים כמיטב יכולתם על על מנת לשמר רמות מטאבוליטים (ATP) קרובות למצב מנוחה גם בזמן שהדרישה ל ATP גוברת (הומיוסטאזיס).
רמה יחסית יציבה של ריכוז ATP נשמרת אפילו שהעליה בדרישה של ATP עולה ליותר מפי 1000.
זהו מצב שעלול להתרחש לזמן קצר במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוה במיוחד.
ירידה בריכוז ה ATP בשריר מיוחסת להתפתחות של עייפות.
עייפות מוגדרת פה כ –
הירידה ביכולת השריר לייצר כח (strength) או "הספק כח"(power), או ירידה ביכולת מחזור ה ATP בשרירים.
עייפות היא תפקוד פזיולוגי חשוב של הגוף משום שהוא מנסה למנוע נפילה של ATP לרמות אשר יכולות לגרום לנזק חמור או אפילו בלתי הפיך לשרירים.
על מנת שאפשר לגוף (תאים) להתאים את עצמם לסוגים שונים של פעילות גופנית, עצימויות שונות ודרישות ATP שונות. שיימות 3 מערכות אנרגיה מרכזיות אשר אחראיות על חידוש מאגרי ה ATP.
מערכת פוספוגנית
מערכת גליקוליטית
נשימה מיטוכונדרית (תאית)
המערכת הפוספוגנית
המערכת היא אנאירובית כלומר, אינה תלויה בזמינותו של חמצן במערכת. *מכאן מגיע השם של פעילות אנאירובית. אנ – אירובית = לא – אירובית = ללא חמצן. היא מסתמכת על מאגרי קריאטין פוספט (CrP) כדי להפיק ATP. היא עושה זאת ע"י פירוק קשר עתיר אנרגיה בין הקריאטין לפוספט.
במשך 10-15 שניות ראשונות של פעילות גופנית המערכת הפוספוגנית היא האחראית המרכזית להתחדשות ATP. פעילויות אתלטיות רבות תלויות ברמה ניכרת במערכת הפוספוגנית. הצלחה בספורט קבוצתי, הרמת משקולות, ספורט שדה (הטלת דיסקוס, אירועי קפיצות..) שחיה, טניס ועוד, כולם דורשים עבודת קצרה ואינטנסיבית במיוחד של השרירים.
לאחר פעילות גופנית מתישה, התחדשות כמעט מלאה של CrP יכולה לקחת בין 5-15 דקות, כתלות ברמת הדילול שלו ומספר גורמים נוספים.
*הזהרת תוכן מורכב בטקסט המוסט במאמר (אפשר לדלג – לא נדרש להבנה הבסיסית)
הקריאטין פוספט נאגר בציטוזול אשר נמצא קרוב מאוד לאזור שבו מתקיים השימוש באנרגיה.
פירוק של CrP אינו תלוי בזמינות של חמצן, ואינו מצריך תגובות מטאבוליות רבות על מנת לשחרר אנרגיה כדי להזין התחדשות ATP.
קיימת ספרות מחקרית הולכת גדלה לכך שגליקוליזה (המערכת הבאה) מתחילה לפעול במהירות בזמן פעילות גופנית עצימה,
ולעיתים רחוקות בלבד מסתמכים כמעט בלעדית על המערכת הפוספוגנית.
חשיבות המערכת מתבטא בכך שקצב ההתחדשות של ATP מהיר במיוחד.
קיימת חוסר הסכמה מסויימת בין פזיולוגים לגבי תרומה של כל מערכת אנרגיה בזמן פעילות גופנית,
אבל יש הסכמה כללית שבזמן פעילות גופנית במאמץ מירבי במשך של עד 5-6 שניות,
המערכת הפוספוגנית שולטת במונחים של קצב ויחס כולל של התחדשות ATP.
בזמן פעילות אינטנסיבית הפקת האנרגיה מהמערכת יכולה להימשך עד לריקון כמעט מלא של המאגר. מה שמרחש תוך כ 10 שניות מתחילת הפעילות,
משום כך הקיבולת האנרגטית של המערכת הזו תלויה בריכוז ה CrP.
רוב סוגי הספורט אשר מערבים מחזורים של פעילות עצימה, מופרדים ע"י קטעי התאוששות אקטיביים או פסיביים.
ליכולת של אתלט לחדש את מאגרי הקריאטין פוספט שלו וכך להפיק יותר מחזורים של פעילות אינטנסיבית יכולה להיות השפעה משמעותית על הביצועים שלו
במחקר אחד נמצא שלאחר ספרינט של 30 שניות על אופני ארגומטר היה דילול של CrP לכ 20% מרמת המנוחה מיד לאחר הפסקת הפעילות.
לאחר 1.5 דקות CrP חזר לכ 65% ולאחר 4.5 דקות נוספות של התאוששות CrP עלתה רק במעט לכ 85%.
מודל מתמטי חזה שסינתזה של CrP לא תגיע אפילו ל 95% מהערך במנוחה לאחר 13.6 דקות לאחר הפעילות.
גליקוליזה – אנאירובי (לקטית וא-לקטית)
גליקוליזה – מסלול (סדרת תגובות) בו מתקיים תוצר של פירובט ממקור G6P (גלוקוז 6 פוספט).
כמו המערכת הפוספוגנית, הגליקוליזה היא מערכת אנאירובית כלומר לא נדרשת בה נוכחות של חמצן.
התחדשות ATP מפחמימות (גלוקוז בדם ומאגרי גליקוגן בשריר) הולכת וגדלה כאשר הפעילות מתמשכת מעבר לשניות הבודדות בהם עבדה בעיקר המערכת הפוספוגנית.
הקצב בו ניתן לחדש ATP בגליקוליזה מעט יותר איטי מהמערכת הפוספוגנית משום שמתקיימות יותר תגובות.
למרות זאת גליקוליזה היא דרך מהירה לעשות זאת, ובמיוחד לעומת נשימה מיטוכונדרית (תאית).
נהוג היה לחשוב ש CrP הוא הדלק היחיד הנמצא בשימוש בתחילת פעילות וגליקוליזה מתקיימת כאשר מתרחש דילול של מאגרי ה CrP.
מהמחקר למדנו שהתחדשות ATP מגליקוליזה מתרחשת כמעט מידית כאשר מבצעים 30 שניות של פעילות בעצימות מירבית.
הפקת ATP מגליקוליזה מגיעה לקצב מקסימלי אחרי כ 10 עד 15 שניות של פעילות ושומרת על הקצב הגבוה לעוד מספר שניות.
ניתוח ספרינט מקסימלי של 10 שניות
אספקת האנרגיה התחלקה כך:
53% מערכת פוספוגנית
44% גליקוליזה
3% נשימה תאית (שנדבר עליה עוד רגע)
נשימה תאית | גליקוליזה | מערכת פוספוגנית |
3% | 44% | 53% |
ניתוח ספרינט מקסימלי של 30 שניות
במשך 30 שניות התרומה של הגליקוליזה היתה כמעט פי 2 מ CrP.
23% מערכת פוספוגנית
49% גליקוליזה
28% נשימה תאית (מיטוכונדריה)
נשימה תאית | גליקוליזה | מערכת פוספוגנית |
28% | 49% | 23% |
כאשר קצב העבודה דורש זמינות אנרגיה העולה על צריכת חמצן מרבית (VO2 max) אישית מושגת התחדשות מקסימלית של ATP מגליקוליזה.
למתאמן ממוצע זה יקח בין 2 ל 3 דקות.
מסלול הגליקוליזה מסוגל להפיק אנרגיה ליצירת ATP אך ורק מפחמימה.
פחמימה בצורת גלוקוז או גליקוגן עוברות תהליך פירוק חלקי בלבד, וזאת בניגוד לחמצון מוחלט כאשר מסתמכים על נשימה תאית (המערכת הבאה).
זאת משום שהפקת פירובט מתרחשת בקצב העולה על היכולת של המיטוכונדריה לקלוט אותו.
בשביל למנוע עיכוב גליקוליזה וירידה בקצב התחדשות ה ATP, יש צורך להסיר את הפירובט במידה רבה ככל הניתן מהציטוזול.
חלק מהפירובט מפונה מסיבי השריר המתכווצים, אבל רובו מומר ללקט.
חשיבותו של הלקטט
בזמן הפקת אנרגיה בגליקוליזה נוצר תוצר בשם לקטט (רובכם כנראה מכירים אותו כחומצות חלב אבל זהו אינו המונח הנכון).
היווצרות לקטט בשריר חיונית על מנת לשמר קצב גבוה של התחדשות ATP ולשימור פעילות גופנית בעצימות גבוהה מעל ל 10-15 שניות.
בניגוד לאמונה הרווחת, לקטט אינו תוצר לוואי או פסולת מטאבולית ואינו הגורם לתחושת השריפה ולעייפות שרירית.
הלקטט התגלה בתחילת המאה ה 19 אבל לקח כ 100 שנה עד שהתחלנו להבין את התפקיד שלו בצורה מספקת.
מספר מחקרים ראשונים הצביעו על כך שלקטט הוא תוצר לוואי/פסולת מטאבולית של תהליך הפקת האנרגיה בגליקוליזה וגורם מרכזי לעייפות שרירית.
אך בסביבות שנות ה 70 גישה זו אותגרה, ויש לנו ראיות לכך שלקטט הוא למעשה תוצר חיוני בזמן פעילות גופנית בעצימות גבוהה.
הפקת לקטט בשריר תורם להסרת הפירובט מה שמאפשר לשמר הפקת אנרגיה בקצב גבוה בתהליך הגליקוליזה.
משום כך ללקט יש תפקיד חשוב ביותר במערכת.
יתרון נוסף של לקטט מתייחס לחציצה מטאבולית של פרוטונים.
הפקת לקטט מעכבת ולא גורמת להתפתחות של metabolic acidosis (חמצת מטאבולית).
נשימה תאית (מיטוכונדרית) – אירובי
התחדשות ATP ע"י נשימה תאית מתרחשת במיטוכונדריה ומערבת בעירה של מקורות אנרגיה בנוכחות מספקת של חמצן.
מקורות האנרגיה הם חומצות שומן חופשיות וגליקוגן אשר מגיעים מתוך השריר.
קיים קשר בין הגליקוליזה והמיטוכונדריה, פירובט מתהליך הגליקוליזה ביחד עם אלקטרונים ופרוטונים מובלים לתוך המיטוכונדריה כדי לשמש כמצע לנשימה תאית.
בעבר התייחסו למעורבת של הגליקוליזה בתהליך החמצון השלם של פחמימות כ"גליקוליזה אירובית", בניגוד למונח "גליקוליזה אנאירובית" כאשר הפירובט מומר ללקטט.
יש בעיה עם הטרמינולוגיה הזו והיא נובעת מכך שבעבר הניחו שכמות החמצן הקיימת בתא היא האחראית הבלעדית לחמצון המלא של פירובט בנשימה התאית.
כיום אנו יודעים שאם הפעילות עצימה מספיק יתקיים יצור של לקטט ללא התחשבות בכמות החמצן או אפילו בכמות חמצן מוגברת כמו במצבים של נשימת חמצן טהור.
התייחסות לגליקוליזה בצורה שונה ע"פ נוכחות חמצן אינו תואם את הביוכימיה שלה. יותר מכך, נותרת העובדה שכל המסלול הגליקוליטי אינו תלוי בנוכחות חמצן (אנאירובי).
שמות מתאימים יותר יהיו "גליקוליזה לקטית" בתנאי של פעילות גופנית עצימה והיוצרות לקטט לעומת "גליקוליזה א-לקטית" ב"מצב יציב" שבו כל הפירובט מתחמצן.
שימוש בשומן
חומצת השומן המרכזית אשר הגוף משתמש בה לצורך הפקת אנרגיה נקראת פלימטט.
חמצון שומן מניב פחות ATP ותוצרים מטבוליים חיונים נוספים מאשר חמצון פחמימה.
הוא מהווה את מקור האנרגיה המרכזי בזמן שגרה ופעילות גופנית בעצימות נמוכה עד בינונית.
שימוש בחומצות אמינו
לשריר יש אספקה זמינה של חומצות אמינו לשימוש והיא מרכיבה את מה שמכונה "בריכת חומצות אמינו חופשיות".
בפעילות ממושכת, במיוחד כאשר זמינות הפחמימות אינה הולמת, נדרש פירוק (קטבוליזם) של חלבון על מנת לשמר את רמת חומצות האמינו החופשיות, לכן פעילות גופנית ארוכה בזמן אספקת אנרגיה נמוכה מעלה פירוק של חלבון וחמצון של חומצות אמינו.
פעילות עצימה גם מעלה שימוש בחומצות אמינו, אבל מערבת בצורה מינורית קטבוליזם של חלבון עקב כך שהפעילות קצרה.
סיכום
יחסי הגומלין והתרומה היחסית של כל אחת משלושת מערכות האנרגיה משתנה בהתאם למשך ועצימות הפעילות.
המידע שעומד לרשותנו מצביע על כך שכל סוגי הספורט משתמשים בחלק כלשהו של אנרגיה מכל אחת משלושת המערכות.
כל אחת מהן מתאימה יותר לסוג מסוים של פעילות, אבל זה לא מחייב עבודה בלעדית, המערכות פועלות במקביל בהתאם לדרישות הפעילות המבוצעת.
המערכת האנאירובית מסוגלת להגיב מידית לדרישות האנרגיה של הגוף ויכולה לתמוך בהפקת כח והספק כח גבוהים במיוחד.
לצערנו, המערכת הזו מוגבלת בקיבולת שלה כך שתתרחש הפסקת פעילות או ירידה בהפקת הכח לרמה שהמערכת האירובית תוכל לעמוד בה.
כמו שניתן לראות בפעילות גופנית עצימה לאורך זמן.
המערכת האירובית מגיבה במהירות מפתיעה, אבל בגלל היכולת הנמוכה יחסית לחדש ATP, היא לא מסוגלת לספק אנרגיה לתחילת פעילות (ללא התחשבות בעצימות הפעילות) או של לפעילות עצימה.
הראיות מצביעות על כך שלמערכת האירובית יש השפעה גבוהה על הביצועים בזמן פעילות עצימה למשך של כ 75 שניות והיא משתווה בתרומתה למערכת האנאירובית.
חשוב לזכור
אלו מנגנונים המבוססים לא רע אבל הם רק חלק מנושא מאוד מורכב וקשה למחקר שנקרא "מסלולים מטבוליים" ועדיין חסר הרבה מאוד מידע על המנגנונים הנ"ל והנושא בכללי.
לרוב לא ניתן להסיק מסקנות פרקטיות מהכרת מנגנון מסוים משום שהוא אינו מראה לנו את התמונה הגדולה.
לדוגמה
אנחנו יודעים שקריאטין מונוהיידרייט הוא תוסף ארגוגני שנצפה כמשפר ביצועים בכמות גדולה מאוד של מחקר ומוכר ע"י גופים כמו ISSN ו ACSM.
וזה הגיוני לפי ההיכרות שלנו עם המערכת הפוספוגנית שמתבססת על קריאטין פוספט.
מנגד, קיים מיתוס לגבי שימוש בחומצות אמינו מסועפות שרשרת BCAA על מנת למנוע פירוק חלבון מהשרירים בזמן פעילות גופנית. מה שיכול להיות הגיוני לפי מה שראינו במערכת האירובית. אבל מהמחקר עולה כי אין יתרון לצריכה של BCAA כאשר צריכת החלבון היומית נאותה.
מקורות:
Interaction among Skeletal Muscle Metabolic Energy Systems during Intense Exercise
Carbohydrate and fat utilization during rest and physical activity
