Be ilgų ir ištestų tiradų einam prie reikalo - literatūros analizė -

Energijos apykaita priklausanti nuo krūvio intensyvumo

Raumeninės ląstelės yra prisitaikiusios kaupti ir produkuoti ATP energiją iš dviejų galimų šaltinių - glikogeno arba riebalų rūgščių. Tačiau svarbu suprasti, kad šios abi energetinės sistemos generuoja skirtingus energijos kiekius ir yra naudojamos priklausomai nuo fizinio krūvio intensyvumo.

Moksliniuose tyrimuose energijos apykaitos diferencijavimui yra naudojamas netiesioginis kalorimetrijos rodiklis RER (RQ), kuris rodo kvėpavimo metu iškvėpto anglies dvideginio ir sunaudoto deguonies santykį.

Rq = Co2 iškvėpta / o2 sunaudotas

Kadangi viena molekulė gliukozės ir viena molekulė riebalų rūgšties turi skirtingą intrinsinį energijos kiekį dėl skirtingų kovalentinių jungčių ir jų kiekio, todėl jų oksidavimui reikės skirtingo deguonies kiekio ir kaip šalutiniai energijos apykaitos produktai bus sugeneruoti skirtingi kiekiai anglies dvideginio (CO2) bei vandens (H2O) kiekiai.

Gliukozės atvej :
6 +  → 6 C + 6 + 38 ATP
Rq= VC/V = 6 C/ 6 = 1.0

Riebalų rūgžčių atveju :
2  +  → 16 C + 16 + 129 ATP
Rq= VC/V = 16 C/ 23 = 0.7

Todėl, žinant, šiuos skaičius galima naudoti RQ kaip santykinį vienetą norint suprasti kokiu santykiu yra naudojami skirtingi substratai energijos apykaitai - kuo išmatuojama vertė yra arčiau 0.7, tuo didesnis energijos kiekis yra produkuojamas naudojant riebalų rūgštis, kaip energijos šaltinis ir kuo vertė yra arčiau 1, tuo daugiau ATP gamybos ateiti iš glikogeno.

Ramybės būsenoje kvėpavimo dažnis yra santykinai mažesnis ir tiesiogiai iškvėpiamo anglies dvideginio kiekis yra nedidelis. Tačiau didėjant fiziniam krūviui didėja ir energijos poreikis muskuloskeletinei sistemai, todėl reikalingas didesnis deguonies kiekis energijos substratų oksidavimui. Dėl šios priežasties ir stebimas kvėpavimo pokytis atliekant aktyvias fizines veiklas. Fiziniam krūviui užsitęsus kraujyje didėja anglies dvideginio kiekis, kuris stimuliuoja kvėpavimo centrą - kvėpavimas tampa dažnesnis ir iškvėpimai gilesni, kad būtų pašalinimas anglies dvideginio perteklius. Tačiau energijos substratų panauda gali priklausyti ne vien nuo krūvio intensyvumo.

Energijos apykaitą įtakojantys faktoriai

Dienos eigoje mes naudojame abu pagrindinius rezervinius energijos šaltinius - riebalų rūgštis ir glikogeną. Koks kiekis kiekvieno rezervo yra sunaudojamas dienos eigoje yra gana sudėtinga prognozuoti be objektyvių rodiklių. Tyrime [1] buvo naudotas netiesioginės kalorimetrijos metodas matuojant RQ, bei žymėti anglies atomai, kurie buvo vartojami oraliai su maistu ir naudojant specializuota spirometrinę įrangą stebint jų pasišalinimą iš organizmo kvėpavimo metu. Matuojant juos išsiskiriančiame anglies dvideginyje galime išmatuoti ir sužinoti naudojamos energijos kilmę. Visos dienos kalorimetrija nustatė, kad tik 8% dienos energijos išeigos buvo iš riebalų rūgščių (r.r) skilimo, tačiau pačiame tyrime yra akcentuojama, kad eigoje r.r. skilimas kito , ypač po maitinimo ir tiriamiesiams atliekant fizinį krūvį bei nežymiai priklausė nuo lyties ir atropometrinių rodmenų. Moterų grupėje pastebėta, dienos energijos išeiga buvo žemesnė, nei vyrų, nors energijos šaltinių panauda nesiskyrė. Vienas iš didžiausių patikimumų turintis rodiklis buvo ne bendras svoris ar riebalų kiekis organizme, tačiau kūno liesosios masės kiekis. Kuo asmuo jos turėjau daugiau, tuo didesnė dalis energijos ramybėje buvo naudojama iš r.r. rezervo. Po maitinimosi visiem tiriamiesiams sekė periodas, kurio metu gliukozės kiekis kraujyje buvo padidėjęs ir to pasėkoje spirometrijoje buvo stebima energijos panauda iš gliukozės daugiau nei iš r.r. Tarp moterų ir vyru skirtumo nebuvo stebėta. Tačiau tiriamiesiams pradėjus užsiimti fizine veikla - dviračio minimas ne didesniu krūviu nei 50 % VO2 max bendras energijos poreikis išaugo ir apie 50 procentų energijos buvo gaunama naudojant r.r. Tyrime nėra aprašoma, kaip kito fizinis krūvis, bei organizmo reakcija viso krūvio metu, kas neleidžia detaliau analizuoti ir sudaryti preliminarinių hipotezių.

Atliktame tyrime [2] buvo ieškoma moterų ir vyrų skirtingo nutukimo formų priežasties ( vyrams polinkis riebalus kaupti pilvinėje srityje bei moterims juos kaupti klubų srityje). Tyriamųjų grupės buvo sulygintos pagal savo fizinį pasirengimą ir amžių. Pasirinktas tyrimo protokolas - 90 minučių dviračio minimas individualiu 45 % Vo2 max tempu. Fiksuojama šlaunų zonos riebalinio rezervo skilimo produktai - palmitino rūgštis, bendras palmitino rūgšties kiekis organizme. Tačiau tyrimas neparodė didesnio rezistentiškumo r.r. skilimui moterų grupėje. Nors iškelta hipotezė nepasitvirtino, kad moterų ir vyrų riebaliniai rezervai esant energijos stygiui turi santykinį rezistentiškumą lyginant lytis, tačiau klausimas iškeltas diskusijoje atkreipia dėmesį į tai, kad nors ir energijos panauda nepriklauso nuo lyties, tačiau energijos rezervų pasiskirstymas ir kaupimas turi didelį skirtumą tarp lyčių, ko priežastis dažniausiai yra skirtingas organizme vyraujantis hormoninis fonas.

Šių tyrimų eigoje matoma, kad energijos apykaitos procesas yra sudėtingas su daug judančių mechanizmų ir biocheminių procesų, kurį norint suprasti reikia analizuoti kiekvieną faktorių atskirai - fizinis krūvis, miegas, maistas ir kiti. Priklausomai nuo jų organizmas adaptuojasi ir pritaiko tinkamiausią energijos šaltinį.

Metabolinis lankstumas

Nors raumeninė sistema ir jose esančios mitochondrijos turi galimybė produkuoti ATP tiek iš sukaupto glikogeno, tiek iš esančių riebalų rūgščių, tačiau yra daugelis faktorių, kurie priverčia organizmą net ramybės sąlygose naudoti glikogeno atsargas.

Atliktame tyrime [3] buvo tirtos dvi grupės asmenų - antsvorio turintys (40) ir svorio sutrikimų neturintys asmenys (16). Viso tyrimo tikslas buvo išsiaiškinti ar nutukimas turi įtakos gliukozės/riebalų rūgščių santykiui. Energijos apykaitai vertinti buvo naudojamas RQ santykinis vienetas bei buvo paimtos raumenų biopsijos (iš keturgalvių raumenų) vertinti raumenyse esančių energijos substratų kiekius prieš ir po fizinio aktyvumo. Ramybės būsenoje abiejų grupių gebėjimas naudoti abi energijos formas buvo labai panašus, tačiau jis daugiau priklausė ne nuo bendro svorio, o nuo esančios raumeninės masės - kuo ji didesnė, tuo daugiau energijos buvo naudojama iš riebalų rūgščių. Kitas įdomus rezultatas buvo, kuomet abi grupės buvo pavalgydintos ir stebimi jų cukraus kiekio kraujyje bei insulino rodikliai, pastebėta, kad nors abi grupės gavo identiškus patiekalus ir pirminis insulino išsiskyrimas buvo identiškas, tačiau antsvorio turinčioje grupėje cukraus kiekis kraujyje žemėjo ne taip greitai, kaip nenutukusių grupėje. Iš raumenų biopsijos galima buvo matyti, kad glikogeno atsidėjimas į raumenines ląsteles buvo daugmaž lėtesnis.Todėlatsvoriogupės asmenims kasa ilgesnį laiką produkavo ir išskyrinėjo į kraują insuliną, kol buvo pasiekta ekvilibriumo būsena. Ramybės metu RQ rodiklis nutukusioje grupėje padidėjo iki 1.0, kas rodė, kad kurį laiką po maitinimosi šių asmenų energijos poreikis buvo patenkinamas tik iš glikogeno rezervo. Šis tyrimas leidžia teigti, kad pats nutukimas energijos apykaitai tiesioginio efekto neturi, tačiau nutukimas paskatina muskuloskeletinės sistemos receptorių insulinui rezistentiškumą, ko pasekoje gebėjimas raumeninėms ląstelėms pasisavinti gliukozę iš cirkuliuojančios kraujotakos yra suletėjęs.

Taip pat raumenų gebėjimas produkuoti energiją priklauso ir nuo žmogaus treniruotumo laipsnio bei jo raumenis sudarančių skaidulų tipo. Atliktame tyrime [4] kur buvo tirti 30 skirtingo treniruotumo asmenys. Visiem tiriamiesiems prieš tyrimą ir po jo buvo imamos raumenų biopsijos įvertinti jų raumenų skaidulų pasiskirstymą, iš raumens astus lateralis,bei jų energijos substratų sudėtį. Rezultatai buvo tokie, kad asmenys, kurie buvo labiau treniruoti turėjo didesnį kieki I tipo raumeninių skaidulų, o fiziškai neaktyvūs asmenys 

daugiau IIa ir IIb tipo skaidulų. Pirmo tipo skaidulos dažniausiai dominuoja treniruotuose asmenyse, kurie sportuoja aerobinio tipo sporto rūšis ( bėgimas, dviračių minimas) [5]. Tirtose I tipo skaidulose buvo stebimi didesni rezervai riebalų rūgščių, didesnis kiekis mitochondrijų ir jų oksidacinių fermentų kiekis. O netreniruoti asmenys, kurių raumeninės skaidulos pasižymėjo didesniu kiekiu II tipo skaidulų, priešingai, turėjo santykinai mažesnius kiekius mitochondrijų, oksidaciją atliekančių fermentų bei mažesnius intraceliulinių riebalų rūgščių kiekius. Visi šie rodikliai rodo, kad gebėjimas naudoti energijos substratus priklauso ir nuo treniruotumo laipsnio.

Tačiau raumenų skaidulų tipas, nors ir turi genetinio paveldo aspektą, tačiau yra galimas moduliuoti gyvenimo eigoje. Sukeliant išorinius stimulus, kurie aktyvuoja PGC1alfa transkripcijos ko-aktyvatorių galima sukelti organizmo adaptacinius procesus, kurie prisidės prie organizme esančių raumeninių skaidulų vertimo iš II tipo į I tipą. Šie stresoriai yra :

1. Lėtinis mechaninis stresas;
2. Kalcio jonų dalyvavimas kaulų remineralizacijoje; 3. Ilgesni glikogeno rezervų depų sumažėjimas;
4. Reemituojanti hipoksija;
5. Aktyvinama laisvųjų radikalų redukcijos sistema.

Visi šie faktoriai yra sudaromi turint nuolatinį trenivimosi aerobiniame sporte - pvz. bėgimas (bėgimo metu gaunamas mechaninis stresas, po fizinio krūvio intensyvėja kaulų remineralizacijos procesai, ilgesni laiko atžvilgio tipo krūviai sekina glikogeno rezervą ir dirbant didesniu nei 50 % VO2 maksimaliu krūviu organizmui yra sukeliama lėtinė treniruojamoji hipoksinė būsena).

Taip pat yra pastebėta, kad energijos apykaitos skirtumai gali pasireikšti dėl lyties skirtumų [7]. Šiuose tyrimuose buvo stebėta, kad moterys tiek ramybės tiek fizinio aktyvumo metu turi didesnį polinkį energiją generuoti iš riebalų rūgščių substrato. Tačiau ši hipotezė nėra patvirtinta, kadangi šiuose tyrimuose [8] nėra stebimas joks pokytis tarp vyrų ir moterų energijos apykaitos, net ir esant fiziniam krūviui. Bei tyrime nors pirma ir buvo manyta [9], kad didesnį energijos kiekį sunaudoja vyriškos lyties asmenys, tačiau galiausiai vertinant ir sulyginant energijos apykaitos vienetus jie labiau koreliavosi ne su lytimi, o su liesosios raumenų masės kiekiu.

Dar 1998 metais buvo atliktas tyrimas [10], kurio metu norėta išsiaiškinti energijos apykaitos substratų naudojimo ypatumus esant skirtingiems glikogeno kiekiams asmenų muskuloskeletinės sistemos depuose. Nors tiriamųjų grupę buvo itin maža - 13 asmenų, tačiau buvo gautas p<0,05 ir rezultatai buvo patikimi. Buvo išskirtos trys asmenų grupės:

a. Mažą kiekį glikogeno raumenyse turintys, tačiau euglikemiški;
b. Mažą kiekį glikogeno raumenyse turintys, euglikemiški, hiperinsulinemiški;
c. Normalų kiekį glikogeno raumenyse turintys.

B grupėje buvusių asmenų hiperinsuliškumas buvo palaikomas intraveniniu insulinu, kuris buvo mažais kiekiais leidžiamas ir palaikomas.
Visos grupės asmenų buvo pavalgydintos identišku maistu ir tuomet 145 minutes mynė dviratį su spiroveloergometru. Buvo stebėta, kad glikogeno sunaudojimas nesiskyrė nei vienoje grupėje, tačiau grupėje, kuri buvo euglikemiški ir be išorinės insulino infuzijos , didžiąją dalį energijos gavo iš riebalų rūgščių skaldymo.

Tokie rezultatai leidžia teigti, kad insulino poveikis energijos apykaitoje taip pat svarbus. Didesnis insulino kiekis slopina lipolizės procesus ir neleidžia vykti efektyviam lipolizės procesui, kurio atyvumui turi įtakos gliukagonas [11]. Lipolizės procesas vyksta esant aktyvuojamoms lipazėms, kurių aktyvaciją atlieka kraujyje didėjantys kiekiai adrenalino bei gliukagono (arba noradrenalino išskyriamo simpatinės nervų sistemos riebaliniame audinyje), kurie yra sukeliami mažėjančio gliukozės kiekio kraujyje po maitinimosi ir insulino kiekio mažėjimo.

Kolkas tiek. Neperkaiskit,
J.J.