Az anyagcsere energiarendszerei közötti kölcsönhatás: a sport és a testmozgás hatása
A sportteljesítmény hátterében három fő energiarendszer áll, amelyek folyamatosan együttműködnek annak érdekében, hogy az izmok számára biztosítsák a mozgáshoz szükséges energiát. Korábban gyakran úgy gondolták, hogy bizonyos mozgásformák kizárólag egyetlen energiarendszert használnak, ma azonban már tudjuk, hogy minden fizikai aktivitás során mindhárom rendszer részt vesz az energiaellátásban. A különbség csupán abban rejlik, hogy adott helyzetben melyik rendszer dominál. Az energiarendszerek egymást követően, ugyanakkor részben átfedve aktiválódnak. A mozgás intenzitása, időtartama és jellege határozza meg, hogy melyik rendszer járul hozzá legnagyobb mértékben a teljesítményhez.
A kiválasztott sporttevékenységek támogatására használt energiarendszerek
Az energiarendszerek működését jól szemlélteti a sprint és a maraton összehasonlítása. Egy elit sprinter körülbelül tíz másodperc alatt teljesíti a 100 méteres távot. Ilyen rövid idő alatt a szervezet minimális oxigént használ fel, ezért az energiaellátás szinte teljes egészében anaerob folyamatokon keresztül történik. A maratoni futás ezzel szemben két vagy akár több órán keresztül tartó terhelést jelent. Ebben az esetben az aerob energiarendszer biztosítja az ATP folyamatos újratermelését, amely nélkül lehetetlen lenne fenntartani a versenytempót.
Fontos azonban hangsúlyozni, hogy az energiarendszerek nem kapcsolnak ki egymás után. Már az edzés első másodpercétől kezdve valamennyi rendszer aktív, és a terhelés jellegének megfelelően változik az egyes rendszerek hozzájárulásának mértéke. Érdekesség, hogy egy körülbelül 75 másodpercig tartó maximális intenzitású terhelés során az aerob és anaerob energiaellátás közel azonos arányban járulhat hozzá a teljes energiaigény fedezéséhez.
Az energiafelhasználás számszerűsítése: alkalmazásuk a sport és a testmozgás során
A sportolók energiafelhasználásának meghatározása alapvető jelentőségű a megfelelő táplálkozási stratégia kialakításában. Az energiaigény ismerete segít optimalizálni a testösszetételt, a regenerációt és a teljesítményt. Egy erőemelő sportoló esetében például az izomtömeg növelésének feltétele lehet a pozitív energiamérleg, vagyis az, hogy több energiát fogyasszon, mint amennyit felhasznál. Ezzel szemben egy fogyásra törekvő ökölvívó vagy küzdősportoló számára a negatív energiamérleg kialakítása lehet a cél. Az energiafelhasználás mérésére több tudományos módszer áll rendelkezésre.
Direkt kalorimetria
A direkt kalorimetria során a szervezet által termelt hő mennyiségét mérik. Mivel az anyagcsere-folyamatok során energia szabadul fel, a hőtermelés közvetlen kapcsolatban áll az energiafelhasználással. A módszer rendkívül pontos, ugyanakkor speciális laboratóriumi környezetet és költséges eszközöket igényel. A vizsgálat során a személy egy speciálisan kialakított, hőszigetelt kamrában tartózkodik, ahol a teljes hőleadás mérhető.
A makrotápanyagok aerob anyagcsere útvonala
A szervezet a szénhidrátokat, zsírokat és fehérjéket oxigén felhasználásával bontja le. Ennek eredményeként szén-dioxid, víz és hő keletkezik. Ez az összefüggés képezi mind a direkt, mind az indirekt kalorimetria alapját.
Indirekt kalorimetria
A sporttudományban sokkal gyakrabban alkalmazott módszer az indirekt kalorimetria. Ilyenkor az energiafelhasználást az oxigénfogyasztás és a szén-dioxid-termelés mérésével becsülik meg. A vizsgálat során meghatározható a nyugalmi anyagcsere-sebesség, valamint az edzés közbeni energiafelhasználás is. Ugyanezzel a módszerrel mérhető a maximális oxigénfelvétel, vagyis a VO₂max, amely az aerob állóképesség egyik legfontosabb mutatója.
Respiratorikus cserearány (RER)
A respiratorikus cserearány a termelt szén-dioxid és a felhasznált oxigén arányát jelenti. Az RER segítségével meghatározható, hogy a szervezet adott intenzitás mellett milyen arányban használ fel zsírt vagy szénhidrátot energiaforrásként. Alacsonyabb érték esetén nagyobb a zsírfelhasználás, magasabb érték esetén pedig nő a szénhidrátok hozzájárulása az energiaellátáshoz.
Energiafelszabadulás különböző makrotápanyagok oxidációja során
A gyakorlatban az aerob testmozgás energiaigényének becslésére általában 5 kcal/liter oxigén értéket alkalmaznak. Ez azt jelenti, hogy egy futó, aki terhelés közben percenként 3 liter oxigént használ fel, körülbelül 15 kcal energiát éget el percenként.
Az aerob kapacitás mérése a gyakorlatban
Az aerob kapacitás meghatározása történhet laboratóriumban vagy pályakörülmények között. A laboratóriumi vizsgálatok során futópadot, kerékpár-ergométert, evezőgépet vagy egyéb sportágspecifikus eszközöket használnak. Ezek biztosítják a legpontosabb eredményeket. A terepi tesztek közül a legismertebbek a síp teszt, a Yo-Yo állóképességi teszt és a 2400 méteres futás. Ezek egyszerűbb és költséghatékonyabb megoldást kínálnak a sportolók aerob állapotának felmérésére. Amennyiben az egészségi állapot vagy a vizsgálat célja nem teszi lehetővé a maximális terhelést, szubmaximális teszteket alkalmaznak, amelyek alacsonyabb kockázat mellett adnak becslést a sportoló maximális teljesítőképességére.
Összegzés
A sportteljesítmény hátterében álló energiarendszerek folyamatos együttműködésben működnek. Akár néhány másodperces sprintet, akár többórás állóképességi versenyt végzünk, szervezetünk egyszerre használja az anaerob és aerob energiaellátó folyamatokat. Az energiafelhasználás pontos megértése nemcsak a sporttudomány számára fontos, hanem a sportolók, edzők és sporttáplálkozási szakemberek számára is, hiszen ez képezi a teljesítményoptimalizálás, a regeneráció és a tudatos táplálkozás egyik alapját.
Irodalom
- Cooper R, Naclerio F, Allgrove J. Creatine supplementation with specific view to exercise/sports performance: An update. J Int Soc Sports Nutr. 2012;9(1):33.
- Baker JS, McCormick MC, Robergs RA. Interaction among skeletal muscle metabolic energy systems during intense exercise. J Nutr Metab. 2010;2010:905612.
- Newsholme EA, Leech AR, Duester G. Keep on running: The science of training and performance. Chichester, UK: John Wiley & Sons; 1994.
- Peronnet F, Massicotte D. Table of nonprotein respiratory quotient: An update. Can J Sport Science. 1991;16(1):23–29.
- Lemon P, Nagle F. Effects of exercise on protein and amino acid metabolism. Med Sci Sports Exerc. 1981;13(3):141–149.
- Anonymous. Method of calculating the energy metabolism. Acta Pædiatrica. 1952;41:67–76.
- Mifflin MD, St Jeor ST, Hill LA. A new predictive equation for resting energy expenditure in healthy individuals. Am J Clin Nutr. 1990;51(2):241–247.
- Roza AM, Shizgal HM. The Harris Benedict equation reevaluated: resting energy requirements and the body cell mass. Am J Clin Nutr. 1984;40(1):168–182.
- Kerksick CM, Kulovitz M. Requirements of energy, carbohydrates, proteins and fats for athletes. In: Bagchi D, Nair S, Sen CK, editors. Nutrition and enhanced sports performance. Amsterdam: Elsevier; 2014, pp. 355–356.
- Borsheim E, Bahr R. Effect of exercise intensity, duration and mode on post- exercise oxygen consumption. Sports Med. 2003;33(14):1037–1060.