Hapottaako? anaerobinen kapasiteetti pintaa syvemmältä

Transkriptio

1 Hapottaako? anaerobinen kapasiteetti pintaa syvemmältä Kuntotestauspäivät, Juha Ahtiainen, LitT Jyväskylän Yliopisto Liikuntabiologian laitos ATP:n ANAEROBINEN JA AEROBINEN UUDELLEENMUODOSTUS 1

2 Nelson & Cox2008 Reece ym Nelson & Cox2008 Syntyvä maitohappo (C 3 H 6 O 3 ) esiintyy aina elimistön nesteissä laktaatti-ioniksi (C 3 H 5 O 3- ) ja vetyioniksi (H + ) jakaantuneena 2

3 Cori cycle VEREN LAKTAATTIPITOISUUS NOUSEVASSA KUORMITUKSESSA < laktaattikynnyksen: Muodostunut laktaatti hapetetaan energiaksi Corin sykli > laktaattikynnyksen: Tyypin II lihassolujen käyttö Muutokset verenkierrossa: Paikallinen kudosten hypoksia Laktaation poisto heikenee Motivaatio Maksimaalinen veren laktaattipitoisuus Glykogeenivarastot Anaerobisen energiantuoton tehokkuus Maksimilaktaatti: Korreloi lyhytkestoisen suorituskyvyn kanssa Kasvaa nopeuskestävyysharjoittelun myötä Onko laktaatti kuona-aine? Laktaatti mahdollisesti säätelee aineenvaihduntaa kuormituksen aikana Kevyt kuormitus: Lisää katekoliaminiinieneritystä: Lisää vasodilataatiota ja ventilaatiota Stimuloi rasvojen ja hiilihydraattien käyttöä energiaksi Keskiraskas kuormitus: Vähentää rasvan ja lisää hiilihydraattien käyttöä energiaksi Raskas kuormitus: Vähentää glukoosin käyttöä energiaksi Lisää kuormituksen tuntemusta keskushermostossa Philp ym

4 VEREN LAKTAATTI JA ph Elimistö hillitsee ph-muutoksia puskurimekanismien avulla: Kemialliset puskurit: Proteiinit: esim. hemoglobiini; HHb H + + Hb - Fosfaatit: H 2 PO 4 H + + PO 4 2- Hiilihappo-bikarbonaattijärjestelmä: H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 = H + + HCO 3 - Munuaisten toiminta: pitkäaikainen säätely Natriumbikarbonaatti järjestelmä: Palautuminen HLA + NaHCO 3 NaLA + H 2 CO 3 H CO 2 keuhkot H + LA - Na + HCO 3 - H + -ionikonsentraationja PCO 2 :n kasvu stimuloivat keuhkotuuletusta 4

5 VEREN LAKTAATIN POISTUMA NOPEUTUU OPTIMAALISELLA AKTIIVISELLA TYÖLLÄ Laktaatin muodostuminen ja poistuminen Van Hall 2010 HAPENKULUTUS PALAUTUMISEN AIKANA Energiavarastojen täydentyminen Sydämen ja hengityslihasten työ Aineenvaihdunnan vilkastuminen kehon lämpötilan nousu hormonit (katekoliamiinit, tyroksiini, kortisoli) Kudosten korjaus Nopea komponentti: Välittömien energialähteiden (ATP, KP) resynteesi Happivarastojen (myo/hemoglobiini) palautuminen Hidas komponentti: Laktaatin poisto (hapetus energiaksi) Glykogeenivarastojen täydentyminen P i 5

6 Vähäisempi merkitys! Väsyminen raskaassa kuormituksessa? - Lihassolutason mekanismit ph:n lasku (H + ) Lämpötilan nousu Happiradikaalit (ROS) Laktaatti Merkittävin tekijä! P i Lihasärtyvyyden heikkeneminen (AP:n aiheuttama K + ulosvirtaus) ADP Mg 2+ Energiavarastojen väheneminen (glykogeeni, ATP, KP) Anaerobinen kapasiteetti Maksimaalinen energian (ATP) määrä, joka on resyntetisoitu anaerobisen energia-aineenvaihdunnan avulla lyhytkestoisen maksimaalisen työn aikana Voidaan määrittää happivajeen mittaamisen avulla Supistuvien filamenttien Ca 2+ sensitiviisyyslaskee Poikkisiltojen muodostuminen SR Ca 2+ vapautuminen ja takaisinotto alenee Lihasten supistumiskyky heikkenee Voimantuotto alenee Allen ym Australian Institute of Sport

7 MAOD(maximal accumulated oxygen deficit) Australian Institute of Sport 2013 Australian Institute of Sport 2013 DEMONSTRAATIO: HAPPIVAJEEN MITTAUS - 45 sekunnin allout testi polkupyöräergometrillä, kuorma kehon painon mukaan (1/13) -Määritetään MAOD: = ero työtä vastaavan hapen kulutuksen ja kulutetun hapen välillä - Määritetään 5 sekunnin jaksoissa: A. työtä vastaava hapen tarve (arvioidaan submaksimaalisen testin perusteella) B. hapenkulutus - seurataan palautumista 1 minuutti; määritetään hapenkulutuksen nopea komponentti -> arvioidaan välittömien energialähteiden osuus - Määritetään kapillaariveren laktaattipitoisuus ja verikaasuanalyysin avulla; ph, pco 2, HCO 3 - Etukäteen tehdyn submaksimaalisentestin perusteella arvioidaan hapen tarve supramaksimaalisessa työssä: VO 2(ml/kg/min) 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 y = 0,1563x + 7,2925 0, Teho (W) 7

8 (ml/kg/min) Hapenkulutus ja hapentarve testin aikana: Hapen tarve Hapen kulutus Kapillaariveren laktaattipitoisuus, ph, pco 2 ja HCO s 5-10s 10-15s 15-20s 20-25s 25-30s 30-35s 35-40s 40-45s Keskimääräinen teho 45 s testissä Keskimääräinen hapentarve 45 s testissä Keskimääräinen hapenkulutus 45 s testissä Happivaje (MAOD) 744 W 92 ml/kg/min 31 ml/kg/min 61 ml/kg 5,0 L Mean power (W/kg) 9,2 Peak power (W/kg) 15,5 Last power (W/kg) 5,9 Fatigue index (%) 62 % Anaerobinen (laktinen) energian muodostus: La net = 20,2 W [La-1] :4,909 L x 20.9 KJ/L = 103 KJ Hapen avulla tuotettu energia testin aikana: W AER (VO 2 -VO 2lepo ): 2,11 L x 20.9 KJ/L = 44 KJ 1 mmol/l [La - ] net = 3 ml O 2 Kg -1 (di Prampero & Ferretti 1999) Välittömien energialähteiden (anaerobinen alaktinen) käyttö arvioidaan hapenkulutuksesta palautumisen ensimmäisen minuutin aikana: Energialähteiden osuus kokonaisenergiankulutuksesta: - Aerobinen energiantuotto: 44 KJ 18 % - Anaerobinen laktinen energiantuotto: 103 KJ 42 % - Anaerobinen alaktinen energiantuotto: 95 KJ 39 % Yht. 242 KJ Tehty mekaaninen työ: Energiankulutus: 33 KJ 242 KJ Mekaaninen hyötysuhde (mekaaninen työ / energiankulutus): 14 % W PCR : 4,568 L x 20.9 KJ/L = 95KJ 8

9 Esimerkki 400 m juoksijan harjoitteluohjelmasta: Vuosi jaettu PK1, PK2, KVK, KK, KPK, KVK2 Tyypillinen treeniviikko: Aamu 2 kovaa viikkoa, 1 kevyt Ilta Ma Opiskelu Lepo Ti Opiskelu Nopeuskestävyys (päätreeni) Ke Opiskelu Erikoisvoimaa sopivasti To Opiskelu Määräintervalli + hieronta Pe Opiskelu Kevyt pidempi lenkki 12km La Valmistava treeni Nopeus (päätreeni) Su Lepo Puntti Esimerkki nopeuskestävyys kontrolliharjoituksesta kilpailuun valmistavalla kaudella: 1x300m(helppo kova)/20min. 34s 1x200m(kova)/10min. 21.7s 1x150m(kova)/10min s 1x120m(kova) 12.64s 11.33s/100m 10.85s/100m 10.63s/100m 10.53s/100m Harjoitus on onnistunut kun 100m:n keskimääräinen vauhti kasvaa loppua kohden Esimerkkiharjoitteita: Tehointervalli: 180m-220m-260m-180m-240m; 90% tehot; 8min palautus Määräintervalli: 4X5X200m; 1min/5min palautukset Nopeus: Kiihdytykset 20m; 3Xpaikaltaan, 3Xkäden varasta, 3Xkaatuen eteenpäin Puntti: Rinnalleveto, 2X4, 2X3, 1X2, 82kg, 87kg, 92kg, 95kg, 100kg Erikoisvoima: Kinkka5X8+8 aitaa Kuntopallonheitot 4kg; alhaalta ylöspäin 3X10, lähtöasennosta pallo suoraan ylöspäin 3X10, kyljet 20/puoli Anaerobiseen kapasiteettiin vaikuttaa: Perimä, ikä, sukupuoli Harjoitustausta Lihasmassa, lihassolujakauma Energialähteiden saatavuus Aineenvaihduntareittien tehokkuus Hormonit (adrenaliini), entsyymien aktiivisuus Hapenkuljetuskyky Harjoittelun vaikutus anaerobiseen energiantuottojärjestelmään Energialähdevarastot kasvavat; ATP, KP, glykogeeni Anaerobisessa glykolyysissä mukana olevien entsyymien määrä ja aktiivisuus kasvaa, erityisesti nopeissa lihassoluissa Puskurikapasiteetin kasvu Kuormituksen tunteeseen (kipuun) tottuminen 9

10 Lähteet: Allen DG, Lamb GD, Westerblad H. Skeletal muscle fatigue: cellular mechanisms. Physiol Rev Jan;88(1): Review. Hirvonen J, Nummela A, Rusko H, Rehunen S, Härkönen M. Fatigue and changes of ATP, creatine phosphate, and lactate during the 400-m sprint. Can J Sport Sci Jun;17(2): Nummela A, Rusko H. Time course of anaerobic and aerobic energy expenditure during short-term exhaustive running in athletes. IntJ Sports Med Nov;16(8): Philp A, Macdonald AL, Watt PW. Lactate--a signal coordinating cell and systemic function. J Exp Biol Dec;208(Pt 24): Review. van Hall G. Lactate kinetics in human tissues at rest and during exercise. ActaPhysiol (Oxf) Aug;199(4): Review. di Prampero PE, Ferretti G. The energetics of anaerobic muscle metabolism: a reappraisal of older and recent concepts. Respir Physiol Dec 1;118(2-3): Review. Beneke R, Pollmann C, BleifI, Leithäuser RM, Hütler M. How anaerobic is the Wingate Anaerobic Test for humans? Eur J Appl Physiol Aug;87(4-5): Kirjallisuutta: Australian Institute of Sport. Physiological Tests for Elite Athletes-2nd Edition. Human Kinetics, Champaign, IL, USA McArdle WD, Katch FI, Katch VL. Exercise Physiology, Energy, Nutrition and Human Performance. 8th Edition. Lippincott Williams & Wilkins, Baltimore, ML, USA Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. W.H. Freeman and Company. New York, NY, USA Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman PV, Minorsky PV, Jackson RB. Campbell Biology, 10 th Edition. Benjamin Cummings,