Kapitel 1: Kulhydrat, fedtstoffer og proteiner
|
|  Yüklə 0.84 Mb.
|
Partikler i opløsningen (s.97)Mange partikler i en vandlig opløsning sænker optagelsen pga. osmolaritet. Kan have negativ effekt ved træning i varme omgivelser, da væskeoptaget bliver for lille. Væskeindtag med sammensatte sukkerarter (maltodextrin) i stedet for simple sukkerarter minimere den negative effekt med hensyn til optagelsen fra maven til tarmen. Anbefalet væskesammensætning (s.99) En 5-8% kulhydrat-elektrolyt opløsning fungerer lige så effektiv som rent vand og leverer desuden glukose til kroppen. Temperaturen spiller en afgørende rolle for koncentrationen af glukose og elektrolytter i væsken. Under varme forhold skal indholdet være under 5%, mens det i kolde omgivelser kan være helt op til 15%. Fruktose anbefales ikke, da det kan udløse irritation af mave-tarmsystemet, og det optages desuden ikke aktivt over tarmen. Figur 3.13 præsenterer en guideline for væskeindtag hver time under træningen for en given mængde kulhydrat. Høj-fedt mod lav-fedt diæt til udholdenhedstræning og præstationsevne (s.99) Figur 3.14 viser effekten af en høj-kulhydrat diæt mod en høj-fedt diæt i udholdenhedstræning. Resultatet var klart, de som indtog høj-kulhydrat diæt præsterede sigfinikant mere efter 7 ugers træning end gruppen der var på høj-fedt diæt. KAPITEL 5: Introduktion til energiomsætning Først og fremmest skal det understreges, at dette kapitel er en introduktion til ”kroppens energisystemer under arbejde”, som gennemgås i kapitel 6. Iflg. Jesper Franck er kapitel 5 ”ikke særligt væsentligt”, så er du presset i tid – koncentrer dig da om kap. 6. ENERGI = EN ARBEJDSKAPACITET – s.116 Det der i bogen kaldes first law of thermodynamics fastslår, at kroppen ikke kan producere, forbruge eller opbruge energi. Kroppen kan kun omdanne energi fra en form til en anden. Således vil den kemiske energi, der er lagret i næringsstoffer ikke forsvinde som varme under energiomsætningen. I stedet lagres en stor del kemisk energi, som i skeletmuskulaturen omdannes til mekanisk energi – og derved til sidst til varme-energi. POTENTIEL ENERGI & KINETISK ENERGI – s. 116 Tegningen i fig. 5.1, s.116 viser, at potentiel energi svarer til den energi, der er i en given position. Denne omdannes til kinetisk energi når positionen ændres – når der er bevægelse. Potentiel + kinetisk energi udgør tilsammen den totale energi i et system! I nogle tilfælde vil den bundne energi i en substans direkte overføre denne energi til en anden substans og derved udbygge dennes potentielle energi. I kroppen foregår det f.eks. ved at hydrogen, kulstof, nitrogen og ilt udgør byggeklodser, der kan binde sig til andre atomer eller molekyler og derved danne vigtige biologiske bindinger og væv. Dette benævnes Biosyntese.
Termen Exergonic refererer til enhver fysisk eller kemisk proces, der frigiver energi. Denne type processer er altid ”ned ad bakke” – dvs. de resulterer i en nedgang i mængden af fri energi (den energi der kan anvendes til biologisk arbejde). Den fri (anvendelige) energi’s kvantum i en celle kan opgøres udfra ligningen: Den fri energi (G) er lig den Potentielle enrgi i cellens kemiske strukturer, minus den energi, der ikke kan benyttes pga tilfældet (S), gange temeperatur (T). G = H – TS
I kroppen kan energien der frigives fra exergonic-processen, anvendes til denne ophobning af energi i endergonic-processen. Dette sker f.eks når den kemiske energi fra næringsstoffer føres til kroppens celler – til opbygning af energi-depoter. Fig. 5.2, s.117 illustrerer hvorledes de typer af kemiske processer enten opbygger eller udløser energi. F.eks. når brint og ilt danner vand, udløses der 68 kcal per mol til denne proces H2 + O = H2O er altså exergonic… Omvendt spaltes et vand-molekyle hvis det tilføres energi i form af 68 kcal… Næringsstoffer såsom proteien, kulhydrat og fedt indeholder altså alle den potentielle energi i kemisk form. I kroppen mindskes denne potentielle energi i et molekyle for at omdannes til kinetisk energi. Via enzymer transporteres og lagres denne energi i nye kemiske relationer til brug i biologiske processer.
Der findes 6 forskellige former for energi:
De fundamentale måder at omdanne energi fra en form til en anden på i levende celler er:
Fotosyntese: se fig. 5.4, s.119 Omdannelse af uorganiske stoffer (vand, carbondioxid) til organiske stoffer (glucose) og ilt:
Dette kan kun foregå under tilstedeværelse af lys. Fotosyntesen foregår, i planter, i kloroplasten (organeller i bladets celler)
Betegnelse for den egentlige respirationsproces, hvor glukose omdannes til vand, kuldioxid og energi under forbrug af ilt. Cellulær respiration foregår i mitokondrierne. BIOLOGISK ARBEJDE I MENNESKER - s.119-120 Fig. 5.5, s.120 illustrerer, at biologisk arbejde kan tage 3 former:
Mekanisk arbejde Når en muskel kontraheres bruges ATP som frigiver Ca++ til at generere proteinfilamenterne til kontraktion. Herved blever kemisk energi omdannet til mekanisk energi. Også i cellekernen foregår der mekanisk arbejde idet kontraktile elementer ”hakker” på kromosonerne for at spalte celler. Kemisk arbejde Alle celler udøver kemisk arbejde for vedligeholdelse og vækst. Vedvarende syntese sørger for at nye celledele opbygges og erstattes når andre nedbrydes. Et godt eksempel er muskelcelleopbygningen som finder sted styrketræningens nedbrydning. Transport arbejde Normalt flyder cellemateriale fra et område med høj koncentration til et område med lav koncentration. Dette foregår passivt og kaldes diffusion. I visse tilfælde skal cellemateriale dog ”mod ensretningen” fra lav til høj koncentration. Dette arbejde kræver energi og kaldes aktiv transport. Reabsorbtion og sekretion i nyreren foregår ved aktiv transport. Det samme gør nervevæv for at opbygge den rette elektro-kemiske gradient omkring dets plasma-membran. Energien til dette aktive arbejde tages fra lagret kemisk energi.
Grænserne for en fysisk aktivitet afhænger i sidste instans af den mængde og den hastighed, som cellerne formår at udtrække, lagre og transportere kemisk energi fra næringsstofferne - til de kontraktile filamenter i musklerne. Enzymer og coenzymer har stor betydning for denne rate af energiudveksling via kemiske reaktioner. ENZYMER SOM BIOLOGISK KATALYSATOR – s.120-123 Enzymer er en stor gruppe af (hovedsagligt) proteiner, der er i stand til at katalysere kemiske processor uden selv at blive forbrugt i processen. Enzymer navngives efter hvilken kemisk reaktion de katalyserer eller hvilket substrat de agerer på, fx. lipaser (nedbryder lipider), proteaser (nedbryder protein), hydrolaser (hydrolyserer stoffer) ect. Enzymer er ansvarlige for koordination og hastigheden af praktisk taget alle livsprocesserne i en levende organisme. Kaldes også for biokatylasatorer. Enzymernes tilstedeværelse gør, at processerne foregår meget hurtigere end de ellers ville have gjort. Derved spares der energi. Da den energi der skulle til for at øge en proceshastighed i stedet varetages ”gratis” af enzymet. Enzymer øger hastigheden i en kemisk reaktion med 106 til 1020 gange. Fordøjelsen af en gennemsnitlig morgenmad ville tage ca. 50 år. Oftest foregår en enzym-katalyseret reaktion trin for trin. først kobler enzymet sig til et substrat og danner et enzym-substrat komplex. Derefter omdannes dette til et enzym-intermediate komplex , der så tager form som et enzym-produkt komplex for til sidst at spaltes til et frit produkt og et frit enzym. Det særlige ved enzymer er, at de ikke forandres af at indgå i reaktioner. Derfor er udskiftningen af enzymer i kroppen meget langsom, da enzymer genbruges. Et typisk mitochondrie indeholder op til 10 milliarder enzym molekyler. En celle indeholder tusinder af forskellige enzymer som hver har en specifik funktion til at katalysere en specifik celle-reaktion. F.eks. så kræver nedbrydning af glucose til kuldioxid og vand, 19 forskellige kemiske reaktioner, som hver katalyseres af dens eget specifikke enzym. Enzymer har præcise kontakt-steder på overfladen af cellestrukturen, de opererer også inde i selve strukturen. Andre enzymer opererer udenfor cellen, i blodet, i fordøjelses miksturer og andre kropsvæsker. Enzymer har oftest navne efter deres funktion. Protease agerer med protein. Hydrolase hjælper med at binde vand under hydrolyse Oxidase tilføjer ilt (oxygen) til en given substans osv.
Enzymer opererer ved forskellige hastigheder – nogle langsomt andre hurtigt. Eksempelvis har enzymet Carbonid Anhydrase (der katalyserer hydreringen af CO2 til kulsyre) et omsætningstal (som er tallet af mol af et givent substrat, der reagerer for at danne et produkt pr. mol enzym, pr tidsenhed) = 800.000 Til sammenligning har enzymet Tryptophan Synthease et omsætningstal på 2. Enzymer arbejder oftest sammen mellem deres bindingssteder. Hvor et enzym ”tænder” et sted, ”slukker” nabo-enzymet - osv. indtil processen er færdig. Derefter kan reaktionen spejlvendes og enzymerne hhv. tænder og slukker. Enzymer kan også agere med forskellig hastighed i forskellige områder af et substrat. Visse enzymer ”venter” med at påbegynde arbejdet. F.eks. fordøjelsesenzymet Trypsinogen, der dannes i bugspytkirtlen i inaktiv form. Herefter sendes det ind i tyndtarmen hvor det (vha enzymer i tyndtarmen) omdannes til det aktive enzym trypsin, som kan fordøje komplekse proteiner til simple aminosyrer. Havde det ikke været for ”forsinkelsen” i at blive aktivt, var trypsinogen gået i gang med at fordøje vævet i bugspytkirtlen.
Pepsin og Trypsin har forskelluge pH-profiler, der betyder at de fungerer optimalt ved forskellige surhedsgrader. Pepsin fungerer optimalt ved en pH på 2,4-2,6 Trypsin fungerer optimalt ved en pH på 6,2-6,6 (samme som spyt og mælk) pH’s forskellige virkninger på enzymet skyldes, at H+ ioner ændrer på balancen mellem positivt og negativt ladede bindinger i enzymets aminosyrer. Stigende temperatur medfører som regel øget enzym aktivitet, dog vil temperaturer over 40-50 grader Celsius medføre at protein enzymer bliver inaktive. MÅDEN ET ENZYM INTERAGER MED ET SUBSTRAT – fig. 5.8, s.124 Et enzyms interaktion med dets specifikke substrat fungerer ligesom en nøgle der passer til en lås. (lock and key mechanism) Fig. 5.8, s.124 viser at et enzym ”tænder” når dets aktive område (som regel en uddybning i proteinets overflade) sluttes til et tilsvarende aktivt område på substratet. Derved dannes et enzym-substrat komplex. Spaltningen af kemiske bindinger danner et nyt produkt med nye bindinger. Dette ”befrier” atter enzymet, som så kan agere med nyt substrat.
Co-enzym = en ikke-proteinholdige substans, der sammen med dele af proteindelen på enzymet udgør det aktive centrum. Co-enzymer bindes med deres specifikke enzymer. zink, jern og vitaminer er f.eks. co-enzymer. B-vitamins riboflavin og niacin anvendes .eks. til at reducere oxidations-processer. Andre vitaminer bruges som tranportagenter i andre energiomsætnings sammenhænge. Vitaminer indeholder IKKE kemisk energi til biologisk arbejde. De kan dog fungere som co-enzymer og være med-igangsættere af biologiske processer. Et co-enzym er mindre specifikt end et enzym, idet det kan fungerere i forskellige reaktionsprocesser. Enten fungere det som hjælper i en binding eller også fungerer det som transportør af mellem-produkter i en proces. Et eksempel er NAD+ som binder med hydrogen for at danne NADH, der så kan transportere hydrogen atomoer og elektroner som spaltet fra i fordøjelsesprocessen. Disse elektroner overleveres derefter til andre transport-molekyler som via andre kemiske reaktioner til sidst kan levere elektroner til ilt. ENZYM-hindring (s.124 nederst) Visse substanser kan hindre/sinke enzymer i arbejdet. Competitive inhibitors efterligner substratets form og binder sig derved til enzymets aktive sted, så det ikke kan bruges. Non-competitive inhibitors efterligner ikke substrater, men i stedet binder de sig til enzymet andetsteds end det aktive område og ændrer derved enzymets struktur og form og ad den vej ødelægger enzymets evne som katalysator. Mange ”drugs” fungerer således. HYDROLYSE OG KONDENSERING: = BASIS FOR FORDØJELSE OG SYNTESE – s. 125-126 Hydrolyse = en reaktion hvor en kemisk forbindelse spaltes vha. optagelse af vand Hydrolysen kataboliserer (nedbryder) komplekse organiske molekyler, såsom proteiner, fedt og kulhydrater, ned i simplere sammensætninger således, at de let kan absorberes og optages af kropppen. Denne nedbrydelsesproces spalter kemiske forbindelser ved at tilføje H+ og OH- (som jo indgår i vand) til de biprodukter, der indgår i den aktuelle kemiske reaktion. Eksempler på hydrolytiske rekationer:
Specifikke enzymer katalyserer hvert trin i disse nedbrydelsesprocesser. Enzymerne for disaccharider er lactase (for lactose), sucrase (for sucrose) og maltase (for maltose). Enzymerne for lipider er de såkaldte lipid-enzymer, lipaser, der tilføjer H2O til triglycerid og derved skiller de fede syrer fra glycerol stammen. For proteins vedkommende er enzymet (protease) som ved tilføjelse af H2O spalter peptid-kæderne og derved udskiller aminosyrer.
AB + H2O A-H + B-OH Når vand tilføjes til substanse AB bliver de kemiske bånd, der binder A og B sammen opløst, og nedbrydelseprodukterne A-H (H er det ene hydrogen atom fra vand) og B-OH (OH er den resterende gruppe fra vandmolekylet). Figur 5.9A, s. 125 viser hydrolysen for disacchariden Sucrose, der bliver til slutprodukterne glukose og fruktose. Figuren viser desuden hydrolysen af dipeptid (protein) til to amiosyrer. Når hydrolysen har påvirket protein, kulhydrat eller fedt, sker absorptionen i tarmen umiddelbart efter. KONDENSATION – s.126 De beskrevne reaktioner fra hydrolysen kan også foregå modsat. Da bliver A-H og B-OH samt et vandmolekyle dannet i en anabolsk (opbyggende) proces, som kaldes kondensation (dannelse af vand). Her bliver simple strukturer samlet og danner mere komplekse strukturer. Figur 5.9B, s.125 viser kondensationsreaktionen for en maltose syntese (syntese = samling af mindre komponenter til en enhed). Dette sker fra 2 glukose dele. Ligeledes vises proteinsyntesen hvor OH fjernes fra en aminosyre og H fra en anden aminosyre og danner vand (H2O). Det nye protein der dannes kaldes peptid. Vand dannes også ved syntese af komplekse kulhydrater fra simple sukkerdele. For fedt sker det samme når lipider dannes udfra glycerol og fede syrer. OXIDATION OG REDUCERENDE REAKTIONER – s. 126 Tusindvis af kemiske reaktioner i kroppen kræver forflytning af elektroner fra en substans til en anden. Oxidation flytter enten oxygen atomer, hydrogen atomer eller elektroner. Oxidations-reaktioner medfører altid et tab af elektroner, hvilket resulterer i øget valens. Hvis der f.eks fjernes hydrogen fra en substans – så vil der være større ”netto-tæthed” af elektroner. Reduktion involverer enhver proces, der resulterer enhver proces hvor et atom netto får flere elektroner, med et tab af valens som følge. Den substans der donerer eller mister elektroner når den oxideres kaldes Reducing Agent. Den substans der modtager elektroner (og altså reduceres) kaldes Oxidation Agent. Elektrontransport kræver begge ”agenter” er tilstede. Disse oxidations og reduktions reaktioner sker parvis, så der når en substans mister elektroner, optager en anden dem. Eksempler på disse oxidations-reaktioner sker i mitochondrierne. Her transporterer transportmolekyler oxideret hydrogen og de derfra fjernede elektroner til ilten (oxygen) som så bliver reduceret. Proteiner, fedt og kulhydrater leverer hydrogen til kroppen. Dehydrogenase (oxidase) –enzymer katalyserer oxidations/reduktions processen.. Coenzymer til dette er NAD+ og FAD (flavin adenine dinucleotide). I oxidation af glukose udløses energi (ATP) ved at elektroner skifter plads på vej mod deres ”slutdestination” – ilt atomer. Figur 5.10, s.127 er et nærbillede af et mitochondrie og viser de forskellige kemiske hændelser, der sker i indre/ydre membraner og matrix. Det indsatte skema viser hvor hvilke reaktioner sker. De fleste ”energiskabende” processer sker i matrix (ADP ATP). Indre membran er rig på protein (70%) og lipid (30%) – to væsentlige bestanddele når der skal foregå transport af substanser gennem membraner. (jf. transport proteiner mv) De energirige coenzymer NADH og FADH2 afgiver i løbet af respirationskæden deres hydrogenatomer. De første enzymer i respirationskæden begyndelse modtager "hele" hydrogenatomer, mens de sidste enzymer kun overfører elektronerne. Resten (nemlig protonerne, H+) opløses midlertidigt i cellens cytoplasma. Hver hydrogenatom spaltes således i en elektron og en proton. Enzymerne der kun overfører elektroner kaldes cytochromer. Respirationskæden betegner transporten af elektroner vha. specifikke transport molekyler. Elektron transporten kendetegnes ved at for hver 2 hydrogen (H) atomer, føres 2 elektroner i kæden til et oxygen (O) atomer, der derved reduceres. Oxygenet accepterer da de 2 hydrogener og der dannes vand (H2O). Kort fortalt: hydrogen oxideres og oxygen reduceres. Disse oxidation-reduktion reaktioner frigiver en masse kemisk energi, som bruges til at danne ATP (det energi rige molekyle, der kræves for alt biologisk arbejde). Figur 5.11, s.128 illustrerer Redox (som er reduktion-oxidation) –reaktionen ved hårdt fysisk arbejde. Når arb. intensiteten øges, bliver hydrogen-atomer afgivet fra kulhydratet hurtigere end de kan oxideres i respirationskæden. For at energistofskifett kan fortsætte må noget andet end oxygen altså ”acceptere” disse u-oxiderede hydrogen-atomer. Molekylet pyruvat (som dannes tidligt i nedbrydelsen af kulhydrat) accepterer midlertidigt et par (H+)- (elektroner) og bliver derved reduceret.. Der dannes laktat (som er en ioniseret form for mælkesyre) når det reducerede pyruvat accepterer yderligere hydrogener. i den aktive muskel stiger laktat koncentrationen derved. Efter arbejde bliver de overskydende H+ i laktat oxideret (elektroner fjernes og føres til NAD+) for at gendanne pyruvat-molekylet. Enzymet LDH (lactate dehydrogenase) faciliterer denne reaktion.
Tab eller optagelse af varme i et biologisk system er et udsagn om energi-dynamikken. Ved at måle hvor meget varme 1 g af stoffet afgiver – kan man se hvor meget energi det indeholder (kcal). Da forbrænding af føde kræver ilt, kan man ved at måle iltoptagelsen indirekte bestemme hvor meget energi (kcal) der er brugt. (kapitel 8 omhandler dette)
kemisk arb., mekanisk arb., transport arb.
KAPITEL 7: Energiomsætning under arbejde Øjeblikkelig energi: ATP – CrP systemet (s. 158) Øvelser af kort varighed og høj intensitet så som 100 m. løb kræver øjeblikkelig energitilførsel fra intramuskulære høj-energi fosfater. Disse fosfater er ATP og CrP. Hvert kilo af skeletmuskler indeholder mellem 3 og 8 mmol af ATP og 4 til 5 gange mere CrP. Alle udøvere forbruger ATP og CrP, men mange udøvere er næsten udelukkende afhængige af denne form for energi omdannelse. Fx fodboldspillere og vægtløftere. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy til at studere muskeltræningsstofskifte (s. 158) NMR (Fig. 7.1) bruges til at studere intracellulær metabolisme uden et indgreb. NMR kan bruges til at måle relative koncentrater af ATP, CrP og P og glykogen. Fig. 7.1.B viser resultaterne for ATP, CrP og P under hvile, lav- og moderat arbejde. Med MNR - metoden kan man måle effekten af træning, glykolytisk metabolisme og musklernes substrat nedbrydning. Kort – periode energi: mælkesyre systemet (s. 159) Resyntese af høj-energi fosfater må produceres hurtigt for at man kan fortsætte medkrævende træning. Anaerob energi fra ATP resyntese fra glykolysen kan betragtes som reserve benzin som aktiveres når en person fx accelererer. Store mængder blodlaktat produceres under maximalt arbejde der varer mellem 1 og 3 min. Laktat ophobning (s. 159) Blodlaktat forekommer ikke ved alle træningsintensiteter. Fig. 7.2 viser det generelle forhold mellem iltforbrug, udtrykt som procent af maximum, og blodlaktat ved let, moderat og hårdt arbejde for udholdenhedsatleter og utrænede personer. Laktat fra blodet kan optages i muskler der ikke har været aktive under arbejdet. Sunde utrænede personers blodlaktat begynder at stige eksponentielt ved en arbejdsintensitet på ca. 55 % af deres maximale kapacitet for aerobisk metabolisme. En forklaring på laktatophobning under træningen er enzymet CDH (laktat dehydrogenase) i fast-twits fiber som omdanner pyrovat til laktat. Blodlaktat tærsklen er forskellig fra person til person. Den afhænger af muskelfibertype, blodstrøm, specielle lokale træningsadoptioner der favoriserer mindre laktat produktion og tiden for fjernelse af ophobet laktat.
Evnen til at producere et højt blodlaktat niveau under maximalt arbejde øges ved specifit sprint-power anaerob træning. Et højere blodlaktat-niveau opnås fra en eller flere af følgende faktorer:
Lang-periode energi: Det aerobe system (s.160) Aerob metabolisme tilvejebringer det meste energi-overførsel når arbejdet varer længere tid end nogle minutter.
Fig. 7.3 viser iltforbruget for hvert minut, under 10 min. roligt løb. Iltforbruget stiger stejlt de første 3-4 min. for så at blive stabilt (steady state). Steady state afspejler en balance mellem ilt-kravet til musklerne og ATP-produktionen. Blodlaktat ophobes ikke under steady state.
Iltdificit forekommer ved arbejdets begyndelse pga. at iltbehovet stiger langsommere end forbruget. Iltdificit dækkes af ATP-spaltning i musklerne. Fig. 7.4 viser forholdet mellem størrelsen af iltdificit og bidraget af energi fra ATP, CrP og laktatkoncentrationen.
En udholdenhedstrænet person opnår steady state hurtigere end en utrænet (fig. 7.3). Desuden vil den trænedes iltdificit være mindre end en utrænet (fig. 7.3). Den maximale iltoptagelse (s. 162) Fig. 7.5 viser en metode til måling af VO2 max. Metoden er den samme som vi prøvede på løbebåndet. Fast- og slow-twitch muskelfiber (s. 163) Muskelfibersammensætningen kan bestemmes ud fra en muskelbiopsi. Er forskellig fra muskel til muskel og fra person til person. Muskelfiberens vigtigste egenskaber:
Energispektrum i arbejdet (s. 164) Fig. 7.8 viser forbruget af aerob og anaerob energikilder i relation til maximal træningsvarighed. Tabel 7.1 viser dækningen af energiforbruget for forskellige løbe-distancer. Ved træning i ca. 2 min. dækkes energibehovet ca. af 50% anaerob og 50% aerob energi, dvs. at det kræver en veludviklet kapacitet af både anaerob og aerob metabolisme (stofskifte).
Efter arbejdets ophør er iltoptagelsen større end svarende til omsætningen i hvile. Iltoptagelsen falder ikke brat da den foruden hvilestofskiftet skal dække det iltdificit der opstod i begyndelsesperioden. Faldet i iltoptagelsen sker i to tempi, først hurtigt senere langsommere, indtil hvileforbruget er opnået igen (fig. 7.9). Iltoptagelsen skyldes en lang række faktorer så som resyntese af ATP og CrP – lagrene, genopbygning af hæmoglobin og myoglobin med ilt, fjernelse af mælkesyre, genopbygning af glykogen samt effekten af det forhøjede niveau af respiration, kredsløbet og temperaturen under arbejdet. Idrætsaktiviteter er sjældent konstant mht. intensiteten. Når intensiteten øges undervejs vil der derfor opstå et nyt større eller mindre iltdificit. Fig. 7.9 viser iltforbruget under og efter træningen med forskellige arbejdsintensiteter. Det tager længere tid at tilbage betale iltdificitet jp hårdere man har trænet.
En præcis biokemisk forklaring for efter-frænings iltforbrug, særligt mht. laktats rolle, forbliver vanskeligt fordi ingen omfattende forklaringer eksisterer omhandlende medvirkende faktorer. Traditionelt betragtning (s. 167) Følgende 2 forklaringer har fungeret som forklaringer på iltgæld:
Nyere betragtninger på iltgælden (s. 167) Iltgæld = excess postexercise oxygen comsumption (EPOC) Iltgæld skyldes iltforbrug til: forhøjet ventilation, hormon niveauer, forhøjet puls, forhøjet temperatur, gendannelse af iltmængden i blodet, resyntese af ATP og CrP og laktat anvendelse som substrat til syntese af glykogen. De nævnte ting kan ses på figur 7.11 Optimal rekovery fra ikke-steady-state træning (s.170) Når træningsintensiteten overstiger det maximale steady state niveau, vil laktat dannelsen i musklerne overstige den normale rate og blodlaktat ophobes. Hvis træningsintensiteten forsat stiger, vil blodlaktat niveauet stige stejlt og udøveren vil snart være totalt udmattet. Det optimale niveau at træne på for aktiv recovery ligger mellem 30-45% af vo2-max for cykling. For løbere ligger niveauet mellem 55-60% af vo2-max. Figur 7.12 viser blodlaktat recovery mønstre for trænede mænd, som arbejdede 6 min. submaximalt på cykelergometer. Resultatet viser at aktiv recovery opnås bedst ved arbejde med 30-65% af vo2-max Arbejdes over 65% af vo2-max i aktiv recovery, medfører det, det mindste fald i blodlaktat niveauet.
En tilgang til træningen der normalt vil fører til udmattelse hurtigst er intervaltræning. Intervaltræning veksler mellem træning og pauser. Man træner over vo2-max, men kun i en meget kort periode, efterfuldt af en pause, hvor man har kan komme sig igen Tabel 8.2 opsummere resultaterne af en klassisk serie af eksperimenter der kombinere træning og pauser. KAPITEL 8: Metoder til måling af kroppens varmeproduktion (energiomdannelse) Der findes to forskellige måder, direkte kalorimeter og indirekte kalorimeter, til at måle kroppens energiomdannelse under fysisk aktivitet. 1:Direkte kalorimeter (s.175) A) Water flow kaolrimeter foregår i et isoleret rum, hvorfra varmen ikke kan slippe ud gennem væggene. Kroppens varmeproduktion opvarmer det vand der strømmer gennem kaloriemeteret i et radiatorsystem (figur 8.1) (se evt. schibye og Klausen s. 154-155) B) Air flow kaloriemeter fungere på samme måde som Water flow kaloriemeter, men det er temperaturen, i det isoleret rum, der måles. C) Gradient layer kaolriemeter måler kroppens varme der strømmer fra FP gennem et lagen af isoleret materiale. D) I Storage kaloriemeter medsænkes FP en en kendt masse af vand, hvor temperaturen er kendt. Ændringen i vandtemperaturen måles.
Alt energifrigivelse reaktioner fra kroppen er i sidste ende afhængig af iltforbruget. Måling af en persons iltforbrug under fysiske aktiviteter, giver forskere en indirekte, men meget præcis, beregning af energiforbruget. Sammenlignet med direkte kalorimeter er indirekte kalorimeter meget mere simple og meget billigere. Lukket kalorimeter og åben kalorimeter repræsenterer to forskellige målemetoder af indirekte kalorimeter. Lukket kalorimeter (fig. 8.2): det lukkede kalorimeter metode benytter et spirometer fyldt med 100% oxygen. Når FP trækker vejret ind fra spirometeret fjernes natronkalk fra udåndingsluftens kuldioxid. Forskellen mellem indledende og afsluttende volumen af ilt i det kalibrerede spirometer viser iltforbruget under målingens interval. Åbent kalorimeter: er en relativ simpel måde at måle iltforbruget på. FP indånder omgivelsernes luft, som har en konstant sammensætning af 20,93% ilt, 0,03% kuldioxid og 79,04% nitrogen. Forskellen mellem indåndet og udåndet luft afspejler indirekte igangværende proces af energi-stofskiftet. Tre almindelige fremgangsmåder (indirekte kalorimeter) til måling af iltforbruget under forskellige fysiske aktiviteter:
Direkte mod indirekte kalorimeter (s. 180) Sammenligningen af energistofskiftet (metabolisme) med direkte eller indirekte kalorimeter viser i langt de fleste tilfælde næsten det samme resultat. I de fleste tilfælde er differencen under 1%.
Dobbelt mærket H2O teknikken viser en isotopbaseret metode til at bestemme det daglige totale energiforbrug af grupper af børn og voksne i dagligdagen. ISOTOP: grundstof med samme atomnummer som et andet, men anden atomvægt. Teknikken bruges til at måle energiforbruget over en længere periode (dage til uger). Isotop baseret metode: FP fortærer en mængde vand med et kendt indhold af stabile isotoper af hydrogen (2H2O og H2 18O). Isotoperne fordeler sig jævnt i krops-væsken. Hydrogen forlader kroppen som 2H2O i sved og urin, ilt forlader kroppen som C18O2 eller H218O.
RQ beskriver det forhold af metabolisme (stofskifte) luftart veksling som følgende: RQ = CO2 – produktion/O2-forbruget. RQ for kulhydrater (s. 182) Iltning af et glukose molekyle kræver 6 ilt-molekyler producerer 6 molekyler af karbon (kulstof) og vand. C6 H12 O6 + 6 O2 = 6 CO2 og 6 H2O RQ = 6 CO2 / 6 O2 = 1.00 Iltveksling under glukose forbrænding producerer samme antal CO2 molekyler som O2 molekyler, derfor er RQ for kulhydrat lige 1.00. RQ for fedt (s. 182) Den kemiske sammensætning af fedt er anderledes end kulhydrat, fordi fedt indeholder betydelig mere hydrogen (brint) og karbon (kulstof) sammenlignet med antallet af iltatomer. Derfor kræver fedt-nedbrydning mere ilt i relation til karbon dioxyd (overilte) produktionen. Fx palmatin fedt, et typisk fedt syre, iltes med karbon dioxyd og vand, producerer 16 karbon dioxyd molekyler forbrugt. Følgende ligning opsummerer denne beregning af RQ: C16 H32 O2 + 23 O2 = 16 CO2 + 16 H2O RQ = 16 CO2 / 23 O2 = 0,696 = 0,7 RQ for protein (s. 182) Protein iltes ikke med karbon dioxyd og vand under energistofskifte i kroppen. Leveren nedbryder først aminosyre molekylerne. Kroppen udskiller så nitrogen og svovlfragmenter i urin, sved og afføring. Det tilbageblivende keton-syre fragmenter iltes med karbon dioxyd og vand for at bringe energi til biologisk arbejde. For at opnå komplet forbrænding, disse kort-kædet keton-syre, som i fedt-nedbrydning, kræver mere ilt i relation til karbon dioxyd fremstillingen. Proteinet æggehvidestof oxideres som følgende: C72 H18 O22 S + 77 O2 = 63 CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO (NH2) RQ = 63 CO2 / 77 O2 = 0,818 = 0,82. Nonprotein RQ (s. 182) RQ beregnet som en blandet analyse af udåndingsluft afspejler normalt nedbrydningen af et mix af kulhydrat, fedt og protein. Man kan bestemme det præcise forbrug af hver af disse næringsstoffer. Fx udskiller nyren ca. 1g. urin nitrogen for hver 5,57 – 6,25 g. af protein-stofskiftet for energi. Hvert gram af udskillet nitrogen repræsenterer en karbon dioxyd produktion på ca. 4,8 L. og et ilt-forbrug på ca. 6 L. Med denne struktur vises følgende eksempel på den stepvise fremgangsmåde for beregning af bestanddelene i non-protein RQ: beregningen er kun for kulhydrater og fedt. Eksempel: FP brugte 4 L. ilt og producerede 3,4 L. karbon dioxyd under en 15 min. hvileperiode. Leveren udskiller 0,13 g. nitrogen.
Step 2: 6,0 L. O2 pr. g. protein metabolisme x 0,13 g. = 0,78 L. O2 forbrugt i protein metabolisme. Step 3: Nonprotein CO2 produceret = 3,4 L. CO2 – 0,62 L. CO2 = 2,78 L. CO2. Step 4: Nonprotein O2 forbrugt = 4 L. O2 – 0,78 L. O2 = 3,22 L. O2. Step 5: Nonprotein RQ = 2,78 / 3,22 = 0,86.
RQ er for normalt blandet kost 0,82, dvs. at 60% af forbrændingen kommer fra fedt og 40% fra kulhydrat. Respiratoriske udvekslingskvotient (R eller RER) (s. 185) RER afspejler udskiftningen i lungerne af karbon dioxyd og ilt inder forskellige fysiologiske og metabolistiske betingelser. I nogle tilfælde afspejler udskiftningen af ilt og korbon dioxyd i lungerne ikke cellulær iltning. Fx under de første min. af en arbejdsperiode kan lungeventilationen stige uforholdsmæssigt meget i forhold til stigningen i iltoptagelseshastigheden (hyperventilation). I den situation vil der udskilles mere CO2 i lungerne end der produceres ved forbrænding og RER vil være større end RQ. Den ekstra CO2-udskillelse stammer fra blodets bikarbonater. Under meget hårdt muskelarbejde kan mælkesyrekoncentrationen i blodet være stigende. I den situation vil det være mælkesyren der uddriver CO2 fra blodets bikarbonater og man vil få meget høje RER-værdier, der ligger over 1,0.
Det daglige totale energiforbrug, afh. af type og varighed af den samlede fysiske aktivitet. Specielt gang, løb og svømning har stor betydning i den brede befolkning for vægtkontrol, fysisk form og genoptræning.
Netto energiforbrug = brutto energiforbrug – hvile energi forbrug Net. Forbrug = energi brugt på arb. Bru. Forbrug = totalt energi forbrugt Mekanisk effekt og økonomi i humane bevægelser: Udtrykket, mekanisk effekt beskriver forholdet mellem tilgængeligt og forbrugt energi Bevægelses økonomi, beskriver den krævede energimgd.( måles som regel i ilt- forbrug) Til at opretholde en konstant bev. Mængde. Bevægelsesøkonomi: Ved kontinuerlig arbejdsrate, benyttes ofte ilt –forbruget til at anslå energiforbruget. Vigtigt da præstation vil afhænge af den aerobe kapacitet og evnen til at have en lav VO2 i forhold til arb. Raten. ( Se fig 10.1 S. 203) Statistisk set kan løbeøkonomi forklare op til 64% forskel i løbetiderne på 10 kilometer i homogene grupper. Største forbedring i løbeøkonomi opnås umiddelbart, ved træning af løb over længere tid, da den pulmonare ventilation under submaximalt arbejde herved nedsættes. (S.203)
Kortvarende teknisk træning, armføring osv. forbedrer ikke løbeøkonomi. Forskelle i fibersammenætning i de aktive muskler, har stor betydning for bev.økonomi. Undersøgelser antyder at type I fibre har større mekanisk effekt end type II fibre.
Mekanisk effekt = udført externt arbejde / energi tilført * 100 externt arb. = kraft * vej omtrent 1.0 L ilt = 5.0 kcal ( se tabel 8.1 for præcise værdier) de største enkelt faktorer der sænker effekten er indre og ydre friktion, derfor er energi input altid større end energi output.
I gennemsnit ligger effekten ved gang, løb og stationær cykling på 20 – 25 %, faktorer som kropsstr., køn og træningstilstand spiller ind på effekten. Ved bev. Med stor modstand, svømning osv. falder effekten et godt stykke under 20%.
(S.204)
Figur 10.2 viser forsøg for mænd fra 5 lande, ( energiforbrug ved gang) Ved ganghastigheder mellem 3-5 km/t er økonomien den samme, falder ved højere hastigheder Vægts betydning: Tabel 10.1 viser omtrentlige energiforbrug for mænd og kvinder Terræn og gangoverflade: Tabel 10.2 sammenfatter betydningen af terræn og overfladens betydning for energiforbruget. Gang i sand kræver næsten dobbelt så meget energi, som på hård overflade. Energiforbruget ved gang på hård overflade og på løbebånd er næsten de samme, dette taler for at bruge data indsamlet i lab. Til undersøgelser og lignende. (S.205)
Ved gang nedad ( vertikal retning), bliver den samlede mængde potentiel energi mindre, dette medfører at energiforbruget ved denne form for gang bliver mindre. (se fig. 10.3 for yderligere illustration) Jo stejlere fald, des mere stiger energiforbruget ved gang nedad.
Det kræver langt mere energi at bære ekstra vægt om fødder og ankler end for eksempel omkring kroppen. ( Eks: 1,4% af kropsvægten kræver 6 gange mindre, båret om kropsstammen end fødderne) Håndholdte og ankelvægte: Kraftpåvirkningen af benene ved løb svarer i gennemsnit til en kraft på 3 gange kropsvægten, ved gang er kraften kun på ca 30% af dette. At gå: Ankelvægte kan ofte forøge energiforbruget ved gang til, til værdier der normalt er observerede under løb. (S.206)
Ved løb er der stort set ingen effekt ved at benytte almindelige ankel eller håndholdte vægte, i stedet øges fart eller distance, dette gøres for at mindske skadesrisiko. Kapgang: For utrænede måles VO2max generelt 5-15% lavere ved gang end ved løb. Trænede kapgængere opnår bedre økonomi ved at ændre gangteknik, i forhold til ordinær gang. Ved bevægelse i en fart der overstiger 8km/t vil løb altid være mest økonomisk uanset teknik. (S.207)
Energiforbrug under løb er blevet bestemt på to måder, mens den aktuelle aktivitet var i gang og på løbebånd hvor fart og hældningsgrad var kendt. Udtrykkene at jogge og at løbe er udtryk for fart og hårdhed. Fig. 10.5 viser sammenhænge mellem iltforbrug og horizontal gang og løb for kvinder og mænd (S.208)
Det eksisterer et lineart forhold mellem iltforbrug og løbehastighed, på grund af dette vil det totale energiforbrug for en given distance være stort set det samme uanset hastighed. Ved horisontalt løb vil netto energiforbruget pr. kilo legemsvægt pr. tilbagelagt km. Være ca. 1kcal. Der bruges ca. 15.6 L ilt pr. km. ( 5 kcal = 1 L ilt) Netto energiforbrug værdier: Tabel 10.3 præsenterer værdier for energiforbruget for 1 times løb ved forskellige hastigheder, i km/t, MPH, samt løbetiden. Tabellen indikerer også, at energiforbruget pr. mile stiger proportionelt med kropsvægten. (S.210)
Der er tre måder hvorpå farten i løb kan øges: Øge skridtfrekvens Øge skridtlængde Øge begge dele Selv om den tredje mulighed virker oplagt, tyder en del forskning dog på at det ikke nødvendigvis er smart alligevel. Fig. 10.6A viser forholdet mellem skridtfrekvens og længde, når løbefarten øges. Generelt øges løbehastigheden ved at øge skridtlængden, kun ved høje hastigheder spiller øget frekvens en egentlig rolle.
Fig. 10.6B illustrerer skridtlængde og frekvens for en olympisk 10 km medalje vinder ved hastigheder mellem 10 -–14.4 km/t Optimal skridtlængde: Den optimale skridtlænge og frekvens kan for den enkelte ikke fastlægges på forhånd, ud fra kropslige perspektiver så som benlængde osv. Energiforbruget stiger dog mest ved for høj frekvens i forhold til lavere frekvens. ”den selvvalgte” frekvens og længde, medfører som regel den bedste løbeøkonomi. Selv hos eliteløbere findes der ikke en optimal løbestil, set i forhold til energiforbrug. (S.211)
Drenge og piger er dårligere økonomiske løbere, fordi de kræver mellem 20 – 30% mere ilt pr. kg legemsvægt for at løbe ved en bestemt hastighed. Fig. 10.8 illustrerer relationen mellem gang og løbehastigheder og iltforbrug, samt energiforbruget hos 47 unge mænd og 35 unge kvinder. Kurverne over disses data ligger forskudt i forhold til de voksne men ligner ellers meget. (se fig 10.5) Fig. 10.9B viser at løbeøkonomien forbedres meget i alderen fra 10 til 18 år, dette sker selvom den aerobe kapacitet i perioden er nogenlunde den samme, forbedringer i dette tidsrum kommer derfor ikke nødvendigvis som en følge af forbedret VO2max. Distance løbere er mellem 5 – 10% mere økonomiske løbere end deres kolleger der er mellemdistance løbere.
Der findes tre faktorer ved luftmodstand der har betydning for energiforbruget ved løb: Luftfugtighed Løberens frontareal Den tilbagelagte afstand pr. skridt Afhængig af farten kan luftmodstanden tage mellem 3 – 9% af det totale energiforbrug. Undersøgelser i vindtunneler har vist at tøj, kort hår osv. kan nedbringe energiforbruget til luftmodstand med op til 6%. Luftmodstanden vil falde i takt med at et løb udføres i højder, dette hænger sammen med den lavere luftfugtighed. (S.213)
Draft er når man indtager en position direkte bag en anden deltager, der er så aerodynamisk korrekt/fordelagtig som muligt. Draft er fordelagtigt da, det ved arbejde over længere tid vil med føre lavere puls, iltforbrug, laktatkonc. End det samme arb. Udført uden draft.
Tabel 10.5 viser resultaterne fra prøver der skulle undersøge eventuelle forskelle i max ilt optagelse ved løb på henholdsvis bånd og i terræn. Ingen umiddelbare forskelle fremkom i hverken VO2max eller andre aerobe krav. Ved sportsgrene der normalt foregår i meget højt tempo, vil der være en udtalt forskel i testresultater, grundet vindmodstand, underlaget kan selvfølgeligt også spille ind. Da der ikke blev fundet umiddelbare forskelle, er fokus i stedet blevet lagt på ting som tøj, udstyr og kropsposition.
Energiforbruget ved svømning, adskiller sig fra gang og løb på flere områder, et af de væsentligste er, energikravet til at opdrift. En anden stor forskel, er den energi der bruges til overkomme modstand som jo er langt større i vand end i luft. Efter at have tilbagelagt den samme distance vil en testperson have brugt ca. 4 gange så meget energi i forhold til hvis distancen er svømmet end hvis den blev løbet. (S.216)
Modstanden i vand udmøntes på flere måder: Bølger: har især betydning ved svømning ved store hastigheder, bølger bygges op foran og bagved svømmeren. Hudfriktion: Når vandet glider over hudoverfladen. Trykforskel: Trykket er ikke det samme foran og bagved svømmeren, dette er heller ikke forholdsmæssigt.
Vandmodstanden er normalt 2 – 2.5 gange større ved svømning, end ved simpelt at blive trukket gennem vand. Specielle heldragter kan reducere modstanden med helt op til 14%, hvilket er forholdsmæssigt i forhold til iltforbrug. (S.217)
Fig.10.13A sammenholder iltforbruget og fart ved forskellige svømmearter og ved svømmere med forskelligt niveau. (S.218)
Relativt koldt vand sætter udøveren under termisk stress, som initierer metabolske og kardiovaskulære justeringer, til forskel fra svømning i varmere vand. Fig.10.14 illustrerer iltforbruget ved brystsvømning i vandtemperaturer på 18, 26 og 33 grader varmt vand. Uanset fart forekom de højeste iltforbrug ved de lave temperaturer. For mennesker med gennemsnits BMI er den optimale vandtemperatur mellem 28 og 30 grader.
Fordi fedt flyder og muskler og knogler synker, har gennemsnits kvinden en fordel i forhold til manden, hvad angår naturlig opdrift. For eksempel bruger kvinder i gennemsnit 30% mindre energi på at svømme en given distance i forhold til en mand.
1 torr = Det tryk der skal til for at hæve en kviksølvsøjle 1 mm ved 0 grader imod jordens standard tyngdeacceleration (9.806/sek2). Tabel 13.1 og 13.2 side 271 viser volumen, procent, og deltryk af gasser i tør luft ved havoverfladen. Måden hvorpå man regner deltrykket ud er ved at gange %koncentrationen med barometertrykket, således:
|
emisk