1.     Các nguồn năng lượng của quá trình co cơ?

     Trong trạng thái yên tĩnh mức độ chuyển hoá của cơ không cao, trong các hoạt động cơ tối đa mức độ chuyển hoá của chúng có thể tăng trên 50 lần.

     Nguồn năng lượng trực tiếp duy nhất để co cơ là ATP (adenozin-triphotphat). ATP là hợp chất giàu năng lượng. Khi phân huỷ (thuỷ phân) 1 phân tử ATP tạo ra ADP (adenozin diphophat) và một nhóm phophat và giải phóng ra 8 Kcal năng lượng tự do, cung cấp cho các cầu nối ngang để kéo sợi actin trượt dọc theo sợi miozin.

                                 ATP ® ADP + H3PO4 + 8 Kcal

     Dự trữ ATP trong một bó cơ không nhiều, để có thể co cơ lâu dài, ATP phải luôn được hồi phục đầy đủ. Năng lượng dùng để hồi phục ATP được tạo ra bằng cách phân giải các chất dinh dưỡng khác nhau như đường, mỡ và đạm. Năng lượng này sẽ kết hợp với một nhóm phophat vào ADP để tạo ra ATP.

     Tái tổng hợp ATP có thể thực hiện bằng hai con đường chính: yếm khí (anaerobia) và ưa khí (aerobia- có oxy).

     Để tái tạo ATP, trong cơ thể có ba hệ thống năng lượng, bao gồm:

-      Hệ photphagen hay hệ ATP- CP (hệ phi lactat);

-      Hệ lactic hay hệ gluco- phân yếm khí;

-      Hệ oxy hay hệ oxy hoá.

     Các hệ này khác nhau về dung lượng năng lượng tức là số năng lượng tối đa ATP có thể được tái tổng hợp nhờ năng lượng của các hệ đó. Các hệ này khác nhau về công suất, tức lượng năng lượng tối đa được sinh ra trong một khoảng thời gian nhất định.

Mức độ tham gia của ba hệ thống nêu trên vào việc cung cấp năng lượng (tái tổng hợp ATP) phụ thuộc vào lực và thời gian co cơ, nghĩa là phụ thuộc vào công suất và thời gian hoạt động cơ.

1)    Hệ năng lượng photphagen:

     Hệ năng lượng photphagen gồm lượng ATP và Creatinphotphat có sẵn trong cơ. Tuy nhiên lượng ATP có sẵn trong cơ không nhiều, chỉ đảm bảo năng lượng cho hoạt động cơ không quá 2- 3 giây. Để duy trì hoạt động của cơ ở mức độ nhất định cần thiết phải tái tổng hợp nhanh và liên tục ATP.

     Creatinphotphat (CP) là nguồn dự trữ năng lượng đầu tiên của cơ. Hàm lượng CP trong cơ bắp gấp 3- 4 lần so với ATP. Khi phân giải, CP sẽ cung  cấp một nhóm photphat và một khối lượng năng lượng lớn sử dụng trực tiếp để tái tạo ATP từ ADP:

                        CP + ADP  ® creatin + ATP

     Quá trình phân giải CP để cung cấp năng lượng xảy ra nhanh, không qua nhiều phản ứng hoá học và không cần oxy. Vì vậy hệ photphagen là nguồn cung cấp năng lượng nhanh nhất cho cơ. Nó được sử dụng trong giai đoạn đầu của tất cả các hoạt động cơ bắp. Sự cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng hệ photphagen chỉ có thể duy trì trong thời gian rất ngắn – không quá 5 giây khi chạy với tốc độ tối đa (trong chạy 100m). Hệ photphagen có công suất lớn (36 kcal/phút) nhưng dung lượng nhỏ (5 kcal). Vì vậy, trong hoạt động cơ dài hơn thì việc cung cấp năng lượng không chỉ bằng dự trữ ATP và CP trong cơ thể.

2)    Hệ năng lượng lactic (Hệ gluco - phân yếm khí):

     Trong các hoạt động cơ bắp tương đối dài, cơ thể có thể sử dụng năng lượng để tái tổng hợp ATP và CP bằng phân giải hoá học yếm khí glycogen và glucoza, tạo ra axid lactic. Tổ hợp các phản ứng này được gọi là gluco phân yếm khí, hay chu trình Embđen - meierkhôp. Quá trình này xảy ra ở cơ tương, năng lượng được giải phóng dùng để tái tổng hợp ATP.

     Cơ chất của hệ năng lượng này là glycogen dự trữ ở cơ và glucoza. Khi hoạt động, glucoza được chuyển từ máu vào cơ và glucoza dự trữ ở gan sẽ được tống vào máu.

Hệ năng lượng lactic có công suất tương đối lớn (12 kcal/phút), dung lượng trung bình 12 kcal.

     Sự phân giải glycogen yếm khí trong thực tế xảy ra ngay khi bắt đầu hoạt động cơ được vài giây, nhưng quá trình phân huỷ glycogen yếm khí đạt công suất lớn tối đa  sau 1-2 phút. Vì vậy, hệ năng lượng lactic có vai trò quyết định trong việc cung cấp năng lượng cho các hoạt động cơ kéo dài từ  20 giây đến vài phút có sự co cơ mạnh và tốc độ cao (chạy 200m, 800m, bơi 50m đến 200m). Trong hoạt động cơ bắp do hệ lactic đảm nhiệm việc cung cấp năng lượng, hàm lượng glycogen cơ và gan không bao giờ bị sử dụng cạn kiệt. Dung lượng của hệ này bị hạn chế do nồng độ axid lactic trong cơ tăng cao gây ức chế các men phân giải glycogen.

     Mỗi một đơn vị glucoza của một phân tử glycogen cơ trong quá trình phân huỷ yếm khí sẽ cung cấp năng lượng để tổng hợp 3 phân tử ATP, còn một phân tử glucoza chỉ tổng hợp được 2 phân tử ATP

C6H12O6 + ADP + P ® Axid lactic + 2ATP

3)    Hệ năng lượng oxy:

     Trong các hoạt động cơ bắp có công suất không lớn và kéo dài, khi cơ thể được cung cấp oxy tương đối đầy đủ, cơ thể sử dụng phản ứng oxy hoá  các chất dinh dưỡng như gluxid, lipid và protid để cung cấp năng lượng cho hoạt động cơ. Hệ năng lượng oxy dùng hai nhóm chất chính để cung cấp năng lượng cho quá trình co cơ là gluxid và lipid. Tỷ lệ sử dụng chúng phụ thuộc vào tính chất của hoạt động cơ.

     Sự oxy hoá gluxid  xảy ra giống như trong quá trình gluco- phân yếm khí, nhưng vì có đủ oxy nên axid piruvic không được chuyển thành axid lactic mà bị oxy hoá đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O theo phương trình tổng quát sau:

             Glycogen và axid béo tự do + P + ADP + O2 ® CO2 + H2O + ATP

                  C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38P   ® 6CO2 + 6H2O + 38ATP

     Như vậy, oxy hoá hoàn toàn 1 phân tử glucoza sẽ tái tạo ra một lượng ATP gấp 19 lần so với phân giải đường yếm khí. Do trong khi oxy hoá đường cần phải hấp thụ một lượng oxy nhất định và cũng đòi hỏi một khoảng thời gian nhất định nên công suất của hệ oxy vào khoảng 8 Kcal/phút, thấp hơn so với hệ lactic.

     Glycogen cơ là nhiên liệu tốt hơn để oxy hoá trong thời gian hoạt động cơ căng thẳng. Khi công suất hoạt động cơ lên tới 70% VO2 max thì năng lượng chủ yếu do phân huỷ ưa khí glycogen cung cấp. Khi tăng công suất hoạt động cơ hơn 70% VO2 max, tốc độ glyco- phân yếm khí tăng lên rõ rệt, và tốc độ tiêu hao glycogen dự trữ của cơ rất nhanh.

     Dung lượng của hệ oxy hoá đường phụ thuộc vào dự trữ glycogen của cơ, gan và khả năng tạo glucoza từ các chất khác (axid lactic, axid amin, axid pyruvic,...) của gan. Nồng độ trung bình của glycogen trong cơ là 15g/kg, hàm lượng glycogen cơ trong cơ thể có thể giảm tối đa tới 80%; Đàn ông cân nặng 70 kg, dự trữ glycogen cơ khoảng 70-80g, trong thời gian hoạt động cơ bị tiêu hao không quá 60g. Dung lượng của hệ oxy hoá đường khoảng 800 Kcal, nếu chỉ bằng cách oxy hoá dự trữ đường thì một người không rèn luyện có thể chạy được khoảng 15 km.

     Một cơ chất quan trọng nữa của hệ oxy là mỡ. Năng lượng được tạo ra khi oxy hoá các phân tử axit béo của triglyxerid- là thành phần cấu tạo chủ yếu của mỡ (phân tử triglyxerid cấu tạo từ một phân tử glyxerol và ba phân tử axit béo). Quá trình này diễn ra ở ty thể (oxy hoá bêta).

     Sự phân giải axit béo tạo ra nhiều năng lượng hơn phân giải ưa khí glucoza vài lần. Mỡ có dung lượng lớn nhất trong số các nguồn năng lượng của cơ. Trong cơ thể, mỡ chiếm trung bình 10- 30% trọng lượng cơ thể. Toàn bộ dự trữ năng lượng từ mỡ khoảng vài chục nghìn Kcal (60.000 Kcal), đủ để cung cấp năng lượng cho việc đi bộ liên tục 7-10 ngày. Khi cần thiết mỡ sẽ đi vào máu và sau đó đến cơ. Khi hoạt động với công suất thấp dưới 50-60% VO2 max, năng lượng hoạt động cơ do oxy hoá mỡ chiếm 60- 80% ở những đối tượng rèn luyện tốt.