Sinh năng lượng và các hệ thống sản xuất ATP

Sinh năng lượng là môn khoa học nghiên cứu cách các tế bào chuyển hóa năng lượng hóa học để thực hiện công việc. Trong cơ bắp đang vận động, mỗi lần co cơ đều cần đến adenosine triphosphate (ATP); tuy nhiên, cơ chỉ dự trữ đủ ATP cho vài giây hoạt động cường độ cao, vì vậy nó phải liên tục tái tổng hợp ATP thông qua ba hệ thống liên kết với nhau: hệ thống phosphagen (ATP-PCr), đường phân kỵ khí và phosphoryl hóa oxy hóa.

Definition

Sinh năng lượng trong tập luyện là tập hợp các con đường sinh hóa mà qua đó cơ xương tái tổng hợp ATP để cung cấp năng lượng cho sự co cơ, bao gồm hệ thống phosphagen, đường phân kỵ khí và phosphoryl hóa oxy hóa.

Scope

Chủ đề này bao gồm ATP như là đơn vị tiền tệ năng lượng của tế bào, ba hệ thống cung cấp năng lượng và khoảng thời gian mà mỗi hệ thống chiếm ưu thế, cũng như cách chúng chồng chéo để đáp ứng nhu cầu tập luyện với cường độ và thời lượng khác nhau. Nó coi sinh năng lượng là một môn sinh lý học và không đề cập đến các chế độ bổ sung hay kê đơn tập luyện cá nhân hóa.

Core questions

• Tại sao ATP phải được tái tổng hợp liên tục trong quá trình tập luyện thay vì chỉ đơn giản là được dự trữ?
• Phosphocreatine, đường phân và phosphoryl hóa oxy hóa đóng vai trò gì, và trong khoảng thời gian nào?
• Ba hệ thống năng lượng chồng chéo với nhau như thế nào thay vì bật và tắt một cách riêng biệt?

Key concepts

• ATP là đơn vị tiền tệ năng lượng tức thời
• Hệ thống Phosphagen (ATP-PCr)
• Phosphocreatine và phản ứng creatine kinase
• Đường phân kỵ khí
• Phosphoryl hóa oxy hóa
• Liên tục hệ thống năng lượng và sự chồng chéo với cường độ và thời lượng

Mechanisms

ATP giải phóng năng lượng có thể sử dụng khi liên kết phosphate cuối cùng của nó bị thủy phân, và lượng ATP dự trữ nhỏ trong cơ phải được tái tạo nhanh chóng ngay khi nó được sử dụng. Hệ thống phosphagen cung cấp sự tái bổ sung nhanh nhất: phosphocreatine hiến phosphate của nó cho ADP thông qua phản ứng creatine kinase, đệm ATP trong những giây đầu tiên của nỗ lực cường độ cao (Wyss, 2000). Khi nỗ lực tiếp tục, đường phân kỵ khí phân hủy glucose và glycogen thành pyruvate, tạo ra ATP nhanh chóng nhưng với số lượng hạn chế và hình thành lactate khi tốc độ của nó vượt quá khả năng oxy hóa (Gladden, 2004). Đối với hoạt động kéo dài, phosphoryl hóa oxy hóa trong ty thể oxy hóa carbohydrate và chất béo để sản xuất phần lớn ATP, với sự pha trộn nhiên liệu phụ thuộc vào cường độ và thời lượng (Romijn, 1993). Các hệ thống này hoạt động đồng thời và chồng chéo hơn là chuyển đổi một cách riêng biệt (McArdle, 2015).

Clinical relevance

Khung hệ thống năng lượng là nền tảng cho cách mô tả các phản ứng kiểm tra và tập luyện, cũng như cách đặc trưng hóa khả năng trao đổi chất trong nghiên cứu và sinh lý học ứng dụng. Nó được trình bày ở đây như một tài liệu tham khảo và không cấu thành lời khuyên về bổ sung, tập luyện hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Các mô tả dựa trên các đánh giá sinh hóa và sinh lý học cùng các tổng hợp sách giáo khoa về chuyển hóa năng lượng cơ bắp hơn là các hướng dẫn lâm sàng; dữ liệu định lượng chất nền được lấy từ các nghiên cứu sử dụng chất đánh dấu và sinh thiết (Romijn, 1993; Wyss, 2000).

History

Việc công nhận ATP là đơn vị tiền tệ năng lượng phổ quát và sự làm sáng tỏ về đệm phosphagen creatine kinase, đường phân và phosphoryl hóa oxy hóa đã làm thay đổi sinh lý học cơ bắp thế kỷ XX, cho phép mô tả tập luyện như một sự huy động theo cấp độ của các hệ thống năng lượng chồng chéo (Wyss, 2000; McArdle, 2015).

Key figures

• Markus Wyss
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle

Seminal works

• wyss-2000
• gladden-2004
• romijn-1993

Frequently asked questions

Ba hệ thống năng lượng được sử dụng trong quá trình tập luyện là gì?

Hệ thống phosphagen (ATP-PCr), đường phân kỵ khí và phosphoryl hóa oxy hóa. Chúng khác nhau về tốc độ và lượng ATP có thể cung cấp, và hoạt động cùng nhau chứ không phải từng cái một.

Tại sao cơ không thể chỉ dự trữ tất cả ATP mà nó cần?

Cơ chỉ dự trữ đủ ATP cho vài giây hoạt động cường độ cao, vì vậy nó phải liên tục tái tổng hợp từ phosphocreatine, carbohydrate và chất béo để tiếp tục co bóp.