Tagasi põhitõdede juurde: lihaste energiatootmine ja -tarbimine

Kust energia tuleb ja kuhu läheb on intrigeeriv ja lai teema. Seda saab vaadata kvant- ja metafüüsiliselt, universaalselt, globaalselt, ühe indiviidi, ühe raku, ühe molekuli ja kindlasti ka ühe aatomi, bosoni ja Higgs teab veel millisest vaatenurgast. Täna vaatame üsna lihtsalt sportlase lihase vaatenurgast.

Liikumiseks vajalikku energiat saab lihas ainult toredast ühendist nimega ATP (nüüd ja edaspidi: guugeldage). ATP on aga üsna ebapüsiv, rakust välja-sisse transportida seda ei saa ja otseselt jagub teda rakus ainult paariks sekundiks, seega peab lihas seda ATP pidevalt taastootma. ATP-d saab taastoota paljudest erinvatest asjadest, ilma molekulaarbioloogistesse detailidesse laskumata ütleme, et need on:
1. kreatiinfosfaat
2. süsivesikud (glükoos)
3. rasvad ja valgud (aminohapped)

Kreatiinfosfaat on väga tore ja energiarikas ühend, mida saab kasutada ATP tootmiseks väga kiiresti, hapnikku kohalolu pole vajalik ja kahjulikke laguprodukte ka ei teki. Kahjuks jätkub lihases olevast kreatiinfosfaadist (tuntud ka kui fosfokreatiin) ainult kuni 10 sekundiks. Ehk siis lühikeste maksimaalsete sprintide või maksimaalse raskuse tõstmise ajal kasutab lihas ATP taastootmiseks just kreatiinfosfaati. Kui ATP-d on parajasti üle, siis taastuvad kreatiinfosfaadi varud üsna kiiresti.

Süsivesikud, enamasti küll glükoos, on lihase energiatootmise A ja O. Soojenduseks lõhustatakse suuremad süsivesikud, näiteks lihase enda glükogeen, glükoosiks. Glükoosist ATP saamiseks on kaks võimalust: aeroobne või anaeroobne. Mõlemal juhul on esimeseks sammuks glükolüüs ehk glükoosi lõhustamine.
Kui hapnikku pole, toimub anaeroobne glükolüüs, mille tulemusena saadakse 1 glükoosimolekulist 2 ATP-molekuli ja jääkainena tekib kõigi sportlaste suur sõber piimhape/laktaat (viimane osa lausest oli irooniline). Sellisel viisil suudab lihas ATP toota 30 sekundit kuni 4 minutit sõltuvalt töö intensiivsusest ja sportlase treenitusest, edasi läheb keskkond liiga happeliseks. Aga võrdlemisi lühiajaliseks maksimaalseks pingutuseks, näiteks 400m jooks, saadakse energiat kiiresti. Piimhappe transpordiks lihasest välja ja edasi maksa, kus temast uuesti glükoos sünteesitakse, kulub pisut aega, aga tund pärast pingutst peaks laktaadi tase nii lihases kui veres olema algsel tasemel.
Kui hapnikku on, toimub aeroobne glükolüüs ja edasi tulevad mängu sõbrad mitokondrid, kes on ühed huvitavad tegelased. Neil on oma DNA, nad jagunevad raku muust elust hoolimata ja üleüldse käituvad üsna sõltumatult ülejäänud rakust. Igal juhul vajavad nad oma tööks hapnikku ja koostöös glükolüüsiga suudavad nad teha 1 glükoosimolekulist 36 ATP-molekuli. See on 18 korda rohkem, kui anaeroobsel glükolüüsil! Samuti tekivad laguproduktidest ainult süsihappegaas ja vesi, mis rakus suuri probleeme ei tekita. Samas võtab kogu see protsess mõnevõrra aega ja päris palju hapnikku, ehk töö ei tohi olla intensiivne. Kui hapnikku piisab, siis saab töö kestvusele piiravaks süsivesikute (glükoosi) hulk. Kogu kehas jagub süsivesikuid teoorias kuni 3 tunniks tööks, aga praktikas vajab ka aju üht-teist ja üleüldse on lokaalse lihasväsimuse tekkimisel ka teisi põhjuseid.

Rasvad ja valgud paneme korraks ühte patta, sest lihase mõttes suurt vahet pole. Mõlemaid töödeldakse ATP-ks jälle mitokondrites ja vaja on veel rohkem hapnikku. Valkude kallale läheb keha alles tagumises hädas, aga see-eest rasvavarud on praktiliselt piiramatud ning väga energiamahukad – ühest grammist rasvast saab pea kaks korda rohkem energiat kui glükoosist. Põhimõtteliselt piisaks keha rasvavarudest umbes 150 tunniks tööks, iseasi on küsimus, kuidas see kogu kehas olev rasv peaks lihastesse jõudma. Üldiselt ongi glükoosi transport ja tarbimine kehale palju lihtsam kui rasvade kasutamine ja seega eelistab keha kasutada glükoosi. Rasvu kasutatakse rohkem siis, kui glükoosi on juba vähe ja töö intensiivsus väike (sest siis on nii aega kui ka hapnikku piisavalt).

Üldiselt mulle mitokondrid väga meeldivad. Kogu aeroobne energiatootmine käib seal ja just nemad kasutavad ära suurema osa hapnikust. Kui keegi räägib maksimaalsest hapnikutarbimise võimest (ja vastupidavusaladel räägitakse sellest palju), siis üks selle peamisi piirajaid ongi mitokondrite arv lihasrakus. Mida rohkem mitokondreid, seda rohkem hapnikku suudab rakk ära kasutada ja seda efektiivsem on tema energiatootmine. Mitokondrite arv/võimsus päritakse emaliini pidi, kuid neid tekib ka treeninguga juurde. Aeglane vastupidavustreening peakski ergutama just mitokondreid ja rohkem mitokondreid tähendab ka paremat võimekust rasvade kasutamiseks.

Kokkuvõtvalt: kõige alus on ATP, aga seda peab pidevalt juurde tootma. Kui on vaja energiat kohe ja palju, töötavad anaeroobsed protsessid: 10 sekundit saame hakkama suuremate kõrvalmõjudeta kreatiinfosfaadist, edasi kasutatakse glükoosi ja tekib piimhape ning väga kaua nii jätkata ei saa. Kui energiat on vaja pikema aja jooksul ja hapnikku on palju, teevad mitokondrid puhast tööd: glükoosist, rasvadest ja valkudest saab ATP ning üle jäävad ainult vesi ja süsihappegaas. Reaalselt toimuvad kõik need protsessid muidugi üheaegselt ja üksteist mõjutades ning mõjutavad ja saavad mõjutatud ka muudes kehast toimuvatest protsessidest. Aga see on juba teine jutt.

Head lugemist ka:

• Lihastegevuse energeetika, aeroobne ja anaeroobne töövõime
• EOK treenerikoolituse materjalid (PDF)
• Work and Energy in Muscles
• ja kogu ülejäänud internet