Phản ứng chuyển hóa khi tập thể dục
Phản ứng chuyển hóa khi tập thể dục mô tả cách cơ thể cung cấp năng lượng hóa học cần thiết cho hoạt động cơ bắp và cách cơ thể chuyển đổi giữa các nguồn nhiên liệu khi cường độ và thời gian hoạt động thay đổi. Việc chuyển từ trạng thái nghỉ sang tập thể dục có thể làm tăng gấp nhiều lần quá trình chuyển hóa năng lượng toàn cơ thể trong vòng vài giây, và để đáp ứng nhu cầu đó đòi hỏi sự sản xuất phối hợp adenosine triphosphate (ATP) từ các phosphagen dự trữ, carbohydrate và chất béo, cùng với việc cung cấp và sử dụng oxy phù hợp.
Definition
Phản ứng chuyển hóa khi tập thể dục là những thay đổi trong các con đường sinh hóa tạo năng lượng và việc sử dụng cơ chất xảy ra khi cơ xương tăng nhu cầu ATP trong hoạt động thể chất, bao gồm phân hủy phosphagen, oxy hóa carbohydrate và chất béo, trao đổi lactate và hấp thụ oxy.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về khía cạnh chuyển hóa của sinh lý học tập thể dục: các con đường cung cấp ATP (phosphagen, đường phân và oxy hóa), việc sử dụng carbohydrate và chất béo làm nhiên liệu và cách đóng góp tương đối của chúng thay đổi theo cường độ và thời gian tập thể dục, quá trình sản xuất và loại bỏ lactate, và tiêu thụ oxy như là chỉ số tích hợp của quá trình chuyển hóa năng lượng hiếu khí. Đây là một tổng quan tham khảo; các chủ đề con của nó sẽ đi sâu vào chi tiết.
Sub-topics
Core questions
- ATP được tái cung cấp như thế nào khi nhu cầu năng lượng cơ bắp tăng lên khi bắt đầu tập thể dục?
- Sự đóng góp tương đối của carbohydrate và chất béo vào việc cung cấp năng lượng thay đổi như thế nào theo cường độ và thời gian tập thể dục?
- Tại sao lactate được sản xuất trong quá trình tập thể dục, và nó được loại bỏ và tái sử dụng như thế nào?
- Điều gì quyết định lượng oxy mà cơ thể có thể tiêu thụ trong nỗ lực tối đa?
Key concepts
- ATP là đồng tiền năng lượng tức thời
- Hệ thống năng lượng phosphagen, đường phân và oxy hóa
- Sử dụng cơ chất và sự chuyển đổi từ chất béo sang carbohydrate theo cường độ
- Sản xuất, trao đổi lactate và con thoi lactate
- Hấp thụ oxy (VO2) và hấp thụ oxy tối đa (VO2max)
- Chuyển hóa năng lượng và tốc độ trao đổi chất trong quá trình tập thể dục
Mechanisms
Khi bắt đầu tập thể dục, nhu cầu ATP tức thời được đệm bởi các phosphagen dự trữ, sau đó quá trình đường phân và phosphoryl hóa oxy hóa trở thành các con đường tái cung cấp chủ yếu. Khi cường độ tăng lên, cơ thể ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào carbohydrate và ít hơn vào chất béo để có một lượng năng lượng nhất định, một sự thay đổi được thể hiện bằng khái niệm điểm giao thoa (crossover concept); ở cường độ thấp đến trung bình, quá trình oxy hóa chất béo có thể cung cấp một phần lớn năng lượng, trong khi ở cường độ cao, carbohydrate chiếm ưu thế và sản xuất lactate tăng lên (Romijn, 1993). Lactate không chỉ đơn thuần là một sản phẩm thải mà là một nhiên liệu được vận chuyển có thể được oxy hóa bởi cơ, tim và các mô khác, đồng thời được sử dụng cho quá trình tân tạo đường (Gladden, 2004; Brooks, 2018). Khả năng tích hợp của các quá trình hiếu khí này được phản ánh qua mức tiêu thụ oxy, mà mức tối đa của nó chủ yếu được xác định bởi việc cung cấp oxy đến cơ bắp đang hoạt động (Bassett, 2000).
Clinical relevance
Hiểu biết về các phản ứng chuyển hóa khi tập thể dục là cơ sở để giải thích kết quả kiểm tra gắng sức tim phổi, mô tả việc sử dụng cơ chất trong sức khỏe và bệnh chuyển hóa, và lý do cho hoạt động thể chất trong sức khỏe chuyển hóa. Mục này trình bày cách chuyển hóa khi tập thể dục được nghiên cứu và mô tả; nó mang tính giáo dục và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán, kê đơn hoặc điều trị cá nhân.
Evidence & guidelines
Các mô tả ở đây dựa trên các nghiên cứu sinh lý học kinh điển và các đánh giá về chuyển hóa cơ chất, trao đổi lactate và các yếu tố quyết định hấp thụ oxy, hơn là dựa trên các hướng dẫn thực hành lâm sàng. Các tuyên bố định lượng về việc sử dụng cơ chất và hấp thụ oxy bắt nguồn từ các phép đo trong phòng thí nghiệm có kiểm soát như nghiên cứu theo dõi đồng vị và trao đổi khí (Romijn, 1993; Bassett, 2000).
History
Lĩnh vực chuyển hóa khi tập thể dục hiện đại phát triển từ công trình đầu thế kỷ 20 về cung cấp năng lượng cơ bắp và nợ oxy, và được mở rộng thông qua các nghiên cứu giữa và cuối thế kỷ đã định lượng việc sử dụng carbohydrate và chất béo bằng các chất đánh dấu đồng vị và mô tả lactate như một nhiên liệu có thể trao đổi chứ không phải là một sản phẩm cuối cùng. Việc diễn giải lại lactate thông qua khái niệm con thoi lactate và sự tinh chỉnh các yếu tố quyết định hấp thụ oxy tối đa là những chủ đề trung tâm trong lịch sử này (Gladden, 2004; Brooks, 2018; Bassett, 2000).
Debates
- Lactate chủ yếu là sản phẩm thải hay nhiên liệu chuyển hóa?
- Quan điểm truyền thống về lactate như một sản phẩm phụ của quá trình đường phân bị giới hạn oxy đã được định hình lại bởi khái niệm con thoi lactate, cho rằng lactate liên tục được sản xuất và tiêu thụ như một nhiên liệu và phân tử tín hiệu giữa các mô; sự cân bằng của các quan điểm này vẫn là một cuộc thảo luận tích cực.
- Điều gì chủ yếu giới hạn khả năng hấp thụ oxy tối đa?
- Việc VO2max chủ yếu được xác định bởi việc cung cấp oxy trung tâm (cung lượng tim và khả năng vận chuyển oxy) hay bởi việc chiết xuất oxy ở cơ ngoại vi đã được tranh luận từ lâu, với bằng chứng ủng hộ việc cung cấp oxy là yếu tố giới hạn chính trong hầu hết các trường hợp.
Key figures
- George A. Brooks
- L. Bruce Gladden
- Edward F. Coyle
- David R. Bassett
Related topics
Seminal works
- romijn-1993
- gladden-2004
- bassett-2000
Frequently asked questions
- Cơ thể sử dụng gì để tạo năng lượng trong quá trình tập thể dục?
- Tất cả các bài tập cuối cùng đều được cung cấp năng lượng bởi ATP, được tái cung cấp từ các phosphagen dự trữ và từ sự phân hủy carbohydrate và chất béo; việc sử dụng tương đối carbohydrate và chất béo phụ thuộc vào mức độ khó và thời gian tập luyện.
- Việc sử dụng tương đối chất béo và carbohydrate có thay đổi khi tập thể dục trở nên khó hơn không?
- Có. Ở cường độ thấp hơn, chất béo có thể cung cấp một phần lớn năng lượng, nhưng khi cường độ tăng lên, cơ thể ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào carbohydrate, một sự thay đổi được mô tả bởi khái niệm điểm giao thoa.