Izom energetika. Szentesi Péter

Átírás

1 Izom energetika Szentesi Péter

2 A harántcsíkolt izom struktúrája a kontraktilis fehérjék Izom LC-2 LC1/3 LMM = light meromiosin Izom fasciculus LMM S-2 S-1 HMM rod Miozin molekula S-1 HMM = heavy meromiosin LMM HMM S-2 S-1 Izomrost H Band Z Disc A csík I csík M Z-Szarkomér-Z Miofibrillum 42.9 nm H H Miofilamentumok 14.3 nm Vastag (Miozin) filamentum Z Z I C Troponin T F Aktin Vékony filamentum Tropomiozin

3 A harántcsíkolt izom struktúrája a vékony és a vastag filamentum felépítése Aktin Troponin Tropomiozin Z- vonal Vastag filamentum Miozin Vékony filamentum Kereszthíd TN-I TN-C TN-T Aktin Tropomiozin

4 Az akto-miozin ciklus I. a Ca 2+ szerepe Ca 2+ jelenlétében (felső ábra) Tm éstni elmozdul actin-miozin kölcsönhatás HMM Tm A Tm P TnT Tm A TnC TnI Tm HMM TnI TnT Troponin TnC Ca 2+ kötés TnI inhibició TnT Tm kötés TnC TnC TnI Tm -Ca 2+ +Ca 2+ TnT Tm Tm A TnI A Tm TnC P TnT Ca 2+ hiányában (alsó ábra) Tm és TnI gátló pozícióban A aktin Tm tropomiozin M miozin Tn troponin HMM heavy mero myosin

5 Az akto-miozin ciklus II. a csúszófilamentum modell ATP P i ADP relaxáció kontrakció AM AM-ATP AM-ADP-Pi AM-ADP AM M-ATP M-ADP-Pi ATP a kontrakcióhoz és a relaxációhoz egyaránt szükséges A aktin M miozin

6 Energia források a vázizomban I. Kapilláris Izom sejt Glikogén 1 Közvetlen foszforiláció Glükóz ADP Kreatin foszfát 2 Anaerob glykolízis ATP Kreatin L-laktát Piruvát ADP CO 2 3 Oxidatív foszforiláctió O 2 Zsírsav Mitokondrium útvonal sebesség mennyiség ATP/glükóz 1. direkt foszforiláció igen gyors igen limitált - 2. glikolízis gyors limitált oxidatív foszforiláció lassú nem limitált 36

7 Energia források a vázizomban II. Direkt foszforiláció: ATP -> ADP + P i Glikolízis: a glikogén (vércukorból képződő poliszacharid) biológiai oxidáció»» CO 2 + víz + energia»» kreatininfoszfát képződik kreatininfoszfát lebomlásából származó energia»» beépül az ADP-be és átalakul ATP-vé elégtelen oxidáció»» tejsav (izomláz) Oxidatív foszforiláció A légzési lánc működése során protonokat pumpál ki a mitokondrium. A kialakuló proton gradiens működteti a protontranszporttal kapcsolt ATP szintázt.

8 Az izom-energetika komponensei ATP/CrP (µmol/g wet weight) V O2 CrP ATP Relatíiv O 2 extrakció V 02 (%) Idő (s) direkt foszforiláció 8-10 másodperc glikolízis 1-2 perc oxidatív foszforiláció amíg a tápanyag tart CrP: kreatinfoszfát

9 Az izom-energetika komponensei 15 Maximális leállási idő (perc) 10 5 vérkeringéssel 0 vérkeringés nélkül Erő (a maximális izometrikus erő %) direkt foszforiláció 8-10 másodperc glikolízis 1-2 perc oxidatív foszforiláció amíg a tápanyag tart

10 Az izom-energetika komponensei 10 [Laktát] (mmol/l) aerob / anaerob átmenet anaerob küszöb aerob küszöb Mitokondrium Pulzuszám (min -1 ) direkt foszforiláció 8-10 másodperc glikolízis 1-2 perc oxidatív foszforiláció amíg a tápanyag tart

11 Az izom glikogén tartalma a táplálék összetételének szerepe 2 óra munkavégzés Izom glykogén tartalma (gram/kg-izom) Táplálék nélkül Visszaépülés órákban magas szénhidrát étrend zsír vagy fehérje étrend 5 nap jelentős izommunka hatására az izom glikogéntartalma teljesen kimerülhet szénhidrát-mentes diéta mellett a glikogéntartalom visszaépülése igen lassú

12 Izomtípusok Szemmozgató izom Gastrocnemius Soleus Kontraktilis erő A depolarizáció hossza Idő (ms) kontrakció sebessége alapján gyors lassú energiaforrás alapján oxidatív glikolitikus

13 Izomtípusok Jellemzők Gyors glikolitikus Gyors oxidatív Lassú oxidatív II. A II. B I. Miozin ATP-áz aktivitása nagy nagy alacsony SR Ca 2+ -pumpa aktivitása nagy nagy alacsony Oxidatív kapacitás - mitokondrium - kapilláris sűrűség - mioglobin tartalom kicsi fehér izom nagy vörös izom nagy vörös izom rostátmérő nagy kicsi közepes glikolítikus kapacitás nagy nagy mérsékelt mechanikai válasz gyors gyors lassú

14 Az izom teljesítménye V 0 = maximális sebesség Sebesség (m*sec -1 ) V Teljesítmény (n*m*sec -1 ) 3 Erő (N) F 0 F 0 = maximális erő az izom teljesítménye (P = F * v) függ a terheléstől harang alakú görbe optimális terhelés [~F 0 / 3] hatásfok ~ 20%

15 Munkavégzés alatt bekövetkező változások követelmény: megnövekedett anyagcsere kreatinfoszfát raktár ATP (konstans) izommunka (20%) hőtermelés (80%) anaerob katabolizmus aerob katabolizmus glükóz, glikogén, FFA (szabad zsírsav) válasz: megnövekedett O 2 fogyasztás (VO 2 ) légzési frekvencia respirációs térfogat alveoláris O 2 diffúzió perctérfogat AV O 2 differencia

16 A kardiovaszkuláris rendszer alkalmazkodása lokális válaszok: a működő izom vérellátása vazodilatáció a szimpatikus kolinerg idegek aktivitásfokozódása miatt (nyugalomban csak a hajszálerek 30% nyitott) vazodilatáció a fokozott metabolizmus miatt (hipoxia, hiperkapnia, acidózis, metabolitok) megnövekedett AV O 2 differencia (O 2 extrakció) generalizált válaszok szívfrekvencia pulzustérfogat perifériás ellenállás perctérfogat p a keringő vérmennyiség redistribúciója kisvérköri átáramlás reguláció: hiperkapnia, hipoxia, acidózis reflexek

17 A keringésben bekövetkező változások központi idegrendszer vagus szimpatikus idegek izomműködés arteriola konstrikció vese VÁ splan. VÁ bőr VÁ nyugalomban lévő izom VÁ artériás nyomás vazodilatátor metabolitok szívfrekvencia pulzustérfogat vénás telődés működő izom VÁ izompumpa respiratórikus pumpa perctérfogat VÁ = vérátáramlás

18 Munkavégzést kísérő változások kardiovaszkuláris paraméterek 165 Pulzustérfogat Pulzustérfogat (ml) Szívfrekvencia Szívfrekvencia (min -1 ) Perc térfogat (liter) a perctérfogat növekedése szívfrekvencia pulzustérfogat (kezdetben ez fokozódik jobban)

19 Munkavégzést kísérő változások kardiovaszkuláris paraméterek P A (mmhg) % maximális erő 30% maximális erő 50% maximális erő nyomás M V (1m -1 m -2 ) 6,0 5,0 4,0 perctérfogat 3,0 130 szívfrekvencia Hr(min -1 ) Ny = nyugalom A = aktív munkavégzés R = relaxáció Ny A R Ny A R Ny A R Idő (perc) Idő (perc) Idő (perc)

20 Munkavégzést kísérő változások kardiovaszkuláris paraméterek Kamratérfogat (ml) Ny 1 2 max Vég diasztolés térfogat Pulzustérfogat Vég systolés térfogat Radiális artéria systole Aorta systole átlag (mindkettő) Diastole (mindkettő) R VO 2 max (%) vég diasztolés térfogat vég systolés térfogat diasztolés nyomás systolés nyomás artériás középnyomás

21 Munkavégzést kísérő változások a vér megoszlása a szervek között l/min 20 fokozódó munkavégzés során izom VÁ 15 bőr szív, agy, stb. splanchnikus területek VÁ agy és szív VÁ = bőr perctérfogat 10 zsigerek 5 izom Oxigén felhasználás l/min

22 Munkavégzést kísérő változások az izompumpa Ritmikus munkavégzés 200 mm Hg 120 mm Hg 200 mm Hg Vér átáramlás (100 ml/min) 20 lábi átáramlás izom kontrakció Passzív álló állapot P = 80 mmhg Idő (perc) a működő izom vérellátása szakaszos összehúzódáskor az átáramlás akadályozott a csökkent átáramlást a metabolitok felszaporodása kíséri vazodilatáció alakul ki elernyedés után fokozódik a vérátáramlás

23 Munkavégzést kísérő változások hőszabályozás Erős álló munkavégzés hideg meleg fokozott hőtermelés fokozott hőleadás iránti igény vazodilatáció a bőrerekben áramlásfokozódás perspiratio sensibilis (verejtékezés) Perctérfoga t (L*min -1 ) Pulzustérfogat (ml) Centrális nyomás (mm Hg) Szívfrekvencia (min -1 ) 180 Helyi vérátáramlás 3 (L*min Zsigeri és vese keringés ) Elvárt bőr keringés Bőr keringés idő (perc)

24 Munkavégzést kísérő változások a légzési rendszer alkalmazkodása 120 Teljes légzési térfogat (l/min) közepes munkavégzés erős munkavégzés O 2 fogyasztás (l/min) megnövekedett légzési frekvencia (15/min 40-50/min) megnövekedett respirációs volumen (0,5 l 3 l) megnövekedett légzési perctérfogat (7-8 l/min 150 l/min) reguláció: hiperkapnia, hipoxia által aktivált reflexek

25 Munkavégzést kísérő változások a légzési rendszer alkalmazkodása szív index (l/min/m 2 ) perctérfogat (liters/min) perctérfogat és szív index Oxigén fogyasztás Teljesítmény (kilogram*meters/min) Oxigén fogyasztás (l/min) Maximális oxigén fogyasztás (L*min -1 ) Atléták állóképessége Nem mozgó (30) Edzett (53) Normálisan aktív (45) Maximális oxigén felvétel (ml*min -1 *kg -1 ) Teljesítmény (watt) a teljesítmény és az oxigénfelvétel között egyenes arányosság van a maximális oxigénfelvételt az edzettség mértéke szabja meg

26 Munkavégzést kísérő változások az oxigénadósság ml/min 1250 O 2 adósság állandósult állapot O 2 felvétel V O Nyugalmi szint O 2 adósság visszafizetése 250 nyugalom munkavégzés visszatérés nyugalomba idő (min) A munkavégzést követő fokozott O 2 fogyasztás az O 2 raktárak feltöltésére (mioglobin) a foszfokreatin készlet feltöltésére a tejsav eliminálására fordítódik

27 Munkavégzést kísérő változások az oxigénadósság állandósult állapot 50 pulzus könnyű munka (75 W) 60 szívfrekvencia (min -1 ) emelkedés fáradásban nyugalom munka nyugalom 600 pulzus Idő (min) erős munka (150 W) az oxigénadósság kialakulását és törlesztését a szívfrekvencia parallel változásai is kísérik

28 Munkavégzést kísérő változások a tréning és a fizikai teljesítőképesség Teljesítmény edzés Erős edzés nincs edzés enyhe edzés idő A fizikai aktivitás napi változása (cirkadián ritmus) Átlagtól való eltérés Idő (nap)