Az állóképességi (aerob) edzés élettani hatásai

Az állóképességi (aerob) edzésről általában

Az aerob és anaerob kifejezéseket először baktériumokra használták. Az anaerob kifejezés azt jelenti, hogy nincs szüksége oxigénre az életben maradáshoz, és az aerob pedig azt, hogy számára ez a gáz létfontosságú.

Aerob típusú edzés esetén a szervezet oxigént hasznosít az energiaszükséglet fedezéséhez, így például a futáskor, biciklizéskor ilyen típusú testmozgást végzünk. Az anaerob típusú edzés azt takarja, hogy a szervezet oxigén nélkül termeli meg a szükséges energiát a saját belső anyagaiból, ilyen sporttevékenység például a súlyemelés, húzódzkodás.

A két típust a szívverés üteme alapján különböztetjük meg. Ehhez szükséges tudni a maximális szívverés számot, ami férfiaknál 220/perc – életkor, míg nőknél 225/perc – életkor. Anaerob edzésnél a pulzus nagyobb, mint a maximális érték 70%-a, míg az aerob edzésnél ettől kevesebb. Az oxigén-hiányos tevékenység végzésekor a pulzus a maximum szívverésszám 60-70%-a, ami egy átlagembernél körülbelül 110-120 ütés/perc.

Fogyáshoz célra vezetőbb az aerob edzés, mert ilyenkor az izmok több energiát nyernek az adipocytákban lévő zsír elégetésével. A pulzusszámot egy megadott tartományon belül érdemes tartani, ezzel garantálva, hogy ne csak a szénhidrát- és fehérjeraktárhoz, hanem az eltárolt zsírhoz is nyúljon a szervezet, így szinte azonnal az energiához tud jutni.

Állóképességen a szervezet azon tulajdonságát értjük, amelynek során nagy mértékű, erős igénybevételnek kitett fizikai terhelés következtében energiákat mozgósít, és ezeket hosszabb távon keresztül biztosítja a szervezetnek. Az izomzat tulajdonságai, a mozgáskoordináció, és az egyéb szervrendszerek (keringés, légzés, anyagcsere) működése befolyásolja. Testmozgás során a szervezetünk kifárad (azaz elér egy fáradtsági szintet) és energia tartalékaink elfogynak. Ez a képesség életünk során nem állandó, életünk során rendszeres edzéssel fejleszthető.

Az aerob edzés és a harántcsíkolt izmok kapcsolata

Általában

Az emlősök harántcsíkolt izomzata kétféle rostot tartalmaz alapvetően: megkülönböztetünk fehér-és vörös rostot. A fehér rostok fáradékonyabbak, rövid ideig, de nagyon intenzív erőkifejtésre alkalmasak. A vörös rostok ezzel szemben nagyobb időintervallumon keresztül képesek kisebb energia-csomagokat felszabadítani, így ezek elsősorban a tartós, hosszútávú terheléshez alkalmazkodtak. Ezen rostoknak az aktin-miozin ATP-áz aktivitása alacsony. Amikor az izmokat megterheljük valamilyen sporttal - például futással, amely nagyon intenzív-, akkor először a kreatin-foszfát hidrolizálódik, mert a szervezetnek energiára van szüksége.

kreatin-foszfát + ADP èkreatin + ATP + 30 KJ/mol energia

A hidrolízis során a jelen lévő hidrogén ion felhasználódik, koncentrációja lecsökken, ennek következményeként alkalózis alakul ki. Ennek oka a tejsav semlegesítő hatása. A folyamat következő lépésében a kalcium ionok a troponin-C-hez kötődnek, és gátolják az aktin-miozin komplex egymáshoz kapcsolódását. A savasodás miatt viszont csökken a kalcium ATP-áz és egyéb enzimek aktivitása is, így a glikolízis és a glükoneogenezis befejeződik. A laktát a glikogenolízis során visszaalakul glikogénné. A sarcolemma a teljes folyamat alatt depolarizát állapotban van. A kialakuló savas közegben az izmok erőkifejtése csökken (az izom fárad), a sarcolemma ingerelhető állapotba kerül, a glikogenolízis és a glükoneogenezis aktivitása nő, így lassul az elraktározott energia felhasználása. Az izom tehát további mozgásokra képes, de ezek a fáradtság miatt kevésbé lesznek intenzívek.

Az állóképességi edzés hatása az izomi mitokondriumokra

Az állóképességi edzés növeli az oxidációs képességet a mitokondriumokban, de ez a képesség még kevésbé feltárt. Jelen kísérletben 8 héten keresztül intenzív állóképességi edzésnek kitett patkányok mitokondriumait vizsgálták. A megfigyeléseket három próba hőmérsékleten, (25, 35, illetve 42 Celsius-fokon) végezték. 42 Celsius fok volt az a legmagasabb belső testhőmérséklet, amelyet az állat elért edzés közben. A folyamatokat 24 felnőtt 4 hónapos Wistar patkányon figyelték meg, amelyek közül 12 alkotta a kontroll csoportot (ők nem vettek részt semmilyen állóképességi edzésen), és 12-en pedig intenzív taposókerekes edzést végeztek. A futó övet (nehogy a kerékből kiessen az állat), 0 fokos szögben helyezték fel az állat testére. Első alkalommal változatos futási sebességek voltak, ezek átlagosan körülbelül 20-30 m/sec jelentettek. Az állatok sebessége hetente átlagosan 20 másodperccel nőtt meg, és az edzés idejét is fokozatosan növelték. A kísérlet körülményei a következők voltak: 12 óra megvilágításnak, és 12 órányi sötétségnek tették ki az állatokat, illetve egy körülbelül 22 Celsius fokos ketrecben tartották őket a kísérlet megkezdése előtt. Korlátlan hozzáférésük volt az ételhez és a vízhez is. A mitokondriumok kinyeréséhez az állatokat a lehető leggyorsabban és legkevesebb szenvedést okozva próbálták elpusztítani, azaz levágták a fejüket egy mozdulattal. Altatószereket nem alkalmaztak.

Azt tapasztalták, hogy az edzett izolált mitokondriumokban nőtt az oxidatív foszforilláció és a Koenzim-Q (más néven ubikinin, az aerob légzési lánc egyik elem) aktivitás. A hyperthermia növelte az oxidatív foszforilláció hatékonyságát és arányát is. A kétféle mitokondriumhoz- edzett(foszforilált), kontroll (nem foszforillált)-szubsztrátokat adtak (szukcinát+rotenon valamint malát+piruvát). Az oxidatív foszforilláció hatékonyságának vizsgálatakor szignifikáns csökkenés volt megfigyelhető a két csoport között: az edzett állatokban a paraméterek magasabbak voltak, minta az edzetlen társaikban. Az ATP szintézise emelkedett magasabb hőmérsékleten, mindkét féle szubsztrát hozzáadása után, de az edzett állatokban az oxidatív foszforilláció lényegesen hatékonyabb volt, mint a nem edzetteknél. A legjelentősebb különbség 42 Celsius fokon volt a két csoport között. Ez alapján megállapítható, hogy az ADP/O arány is itt volt a leginkább eltérő. 25 Celsius fokon nem tapasztaltak jelnetős változást a két csoport értékei között.

Ráadásul csökkent a mitokondriumokban a protonok által elősegített szétkapcsolás (uncoupling, proton szivárgás), így ez növelte az oxidatív foszforilláció hatékonyságát. Ezek a vizsgálatok bebizonyították azt is, hogy 42 Celsius fokon végzett állóképességi edzés hatására kevesebb lesz a szétkapcsolások száma. Az állóképességi edzés hatása az UCP-re (mediált nukleotid szétkapcsoló fehérje). A kísérleteket linolénsav jelenlétében, illetve és alacsony koncentrációjában, valamint 2 mM GTP jelenlétében és hiányában végezték. Az ATP/ADP antiportet gátolták, hogy ennek hatása ne zavarja a vizsgálatot. A GTP-t inhibítorként használták fel, ezáltal meghatározhatták az UCP-k mennyiségét is. Ha jelen volt a linolénsav, akkor ez csökkentette a membrán potenciát és növelte a szétkapcsolások számát. Amennyiben GTP is megfelelő mennyiségben rendelkezésre állt, akkor ez viszont csökkentette az uncouplingok mennyiségét és növelte a mitokondrium membrán potenciálját. Az edzett állatoknál nagyobb mennyiségű GTP állt rendelkezésre, amely csökkentette az UCP mediált szétkapcsolások számát azáltal, hogy gátolta a linolénsav aktiválódását.

Növekedett továbbá a hidrogén-peroxid termelés nem foszforillációs úton, és csökkent ugyanezen anyag termelődése foszforillációs úton. Így az állóképességi edzés minőségi és mennyiségi változásokat is okozott elsősorban magas hőmérsékleten. Ezzel a kísérlettel is bebizonyosodott az izomi mitokondrium sokrétű szerepe. A kísérletet végzők szerint hasonló hatások várhatóak akkor, ha humán mitokondriumokat vizsgálnának.

A mitokondriumok kiemelkedők még a ROS-nak (reaktív oxigén gyökök) átalakításában is, így antioxidáns szerepűek. A ROS-nak negatív hatásai mellett azonban pozitív funkciói is lehetnek, ugyanis egészséges esetben gondoskodik arról, hogy a harántcsíkolt izom könnyebben tudjon alkalmazkodni az testmozgáshoz. Meglepő módon az állóképességi edzés a ROS-termelésre, az oxidatív foszforillációra, a proton szivárgásra, illetve a mitokondrium membrán potenciáljára is hatással van. A nem foszforillált mitokondriumban magasabb hőmérséklet hatására mind a koenzim-Q, a mind a hidrogén-peroxid és mind a membránpotenciál csökken. Oka, hogy az oxidatív foszforilláció hatékonysága a hőmérsékelt növekedésével egyenes arányban változik, így megállapítható, hogy jelentős a kapcsolat a hőmérsékleti értékek és a mitokondrium működési hatékonysága között. Az edzés hatása a ROS-termelésre. Az izomkontrakció növeli a reaktív oxigén gyökök mennyiségét, amelyek alapvetően sejtkárosító hatásúak. Azonban fontos szerepük van az edzés során bekövetkező terheléshez való alkalmazkodásban is. Jelen esetben a hidrogén-peroxid termelésre gyakorolt edzési hatásokat vizsgálták meg. Ezen anyag koncentrációja határozottan (körülbelül háromszor, ötször) magasabb volt a foszforillált mitokondriumokban, mint a kontoll csoportéban. A legalacsonyabb ROS-aktivitás az edzett patkányok esetében 42 Celsius fokon volt, mert itt hyperthermia esetében nagyon intenzíven dolgozott az izom. A jövőben ezeket az eredményeket várhatóan a klinikai állat- és emberorvoslásban is várhatóan felhasználják majd.

Jelen folyamatokon kívül még két enzim hatékonyságát vizsgálták meg: a citrát szintázét és a citokróm-C-jét. Magasabb külső hőmérséklet hatására jelentősen növekedett a mitokondriumok oxidatív kapacitása.42 Celsius-fokos hőmérsékleten a citrát-szintáz, és a citokróm-C oxidáz enzimek működése mind a kontroll, és mind az edzett csoport esetében is intenzívebb volt. A citokróm-c oxidáz a légzési lánc negyedik komplexének tagja, a citrát-szintáz pedig a citrátkör egyik enzime. A két komponens megnövekedett aktivitása és a vele együtt növekvő izomi fehérjeszint indukálta az intenzívebb biogenezist a mitokondriumokban az edzettebb patkányoknál. Így végső soron növekedett a citrát kör és az oxidatív kapacitás is a mitokondriumban edzés hatására.