A 200 m kajak-kenu táv biokémiai háttere
Szőts Gábor
MOTTÓ: z
Az elmélet ismerete nélkül nem tudunk optimális döntést hozni a gyakorlat számára!
z
A legfontosabb anyagcsere utak, azok sebességének és mértékének, a közöttük meglévő összefüggések megismerése hozzájárul a megfelelő edzéstervek és edzésmódszerek optimalizálásához.
200 m távok csúcsideje és sebessége eltérő sportágakban FÉRFI
NŐ I
futás
19,19’
(37,5 km/h)
21,34’
úszás
1’42”
(7,06 km/h)
1’53”
kajak K1 K2 kenu C1 C2
35,13’ 32,22’ 39,05’ 36,43’
(20,5 km/h)
40,86’ 37,5’
(22,4 km/h) (18,4 km/h) (19,8 km/h)
(33,74 km/h)
(6,37 km/h)
(17,62 km/h) (19,2 km/h)
30-45” közötti teljesítmények különböző sportágakban Sportág
idő
Kajak férfi K1 200 m
35,13”
Kajak női K1 200 m
40,86”
400 m futás
43,18”
Gyorskorcsolya 500 m
34,03”
Kerékpár 500 m
33,3”
Az energia a rendszer azon képessége, hogy munkát tudjon végezni Mi befolyásolja a sportolók energiafelhasználását? z A terhelés nagysága z intenzitása z időtartama z edzettségi, kondicionális állapot stb. Az energiafelhasználást időegységre vagy tevékenységre szokták vonatkoztatni: Pl.: 100 m (12 mp):190 kJ 200 m (25 mp):400 kJ 400 m (47 mp):450 kJ 800 m (110 mp):480 kJ 1500 m (3’48’’ mp):600 kJ z
Energiafelhasználás az intenzitás függvényében
Szénhidrátok
=17 kJ/gr
Zsírok
=39 kJ/gr
Fehérjék
=23 kJ/gr
A tápanyagok lebontása révén energia nyerhető Táplálék felvétel Szénhidrát
kiválasztás Zsír
Fehérje
Energia az ATP nyeréshez
Energia az izom összehúzódáshoz
Állandó ATP szétválás és újraépülés!
Az ATP szerkezete, mennyisége z z Miozin fejek
z
Az ATP sejten belüli mennyisége: 2-10 mmol/l=50 gr. (kb. 30mp-re elég) nyugalmi szükséglet:0,1 kg/perc
z z
izommunka:0,5 kg/perc nyugalom: egy 70 kg ember kb.140 kg-t „termel”. ATP-ADP ciklus:
(kb. 3000x/nap) A sejt energia állapotát az ATP/ADP arány határozza meg!
A különböző energiaszolgáltató folyamatok és energiamérlegük Anaerob alaktacid
ATP Anaerob laktacid tejsav
Aerob
O2
2 ATP
38 ATP
Aerob
O2
390 ATP
Az energiaszolgáltatók aránya a terhelés az időtartamának és intenzitásának függvényében CP
Intenzitás
ATP, ADP
AEROB energia nyerés szénhidrát, zsír
ANAEROB energia nyerés szénhidrát
% dobás ugrás, 100, ,
200 m
400 m
Terhelés időtartama
mp
800 m
Az energiaszolgáltató folyamatok révén percenként kinyerhető energia az idő függvényében
Anaerob alaktacid energianyerés Energiagazdag foszfátok Glikolízis
és r e ny a i g ner
e d i ac t k la Glikogén lebontás b o r e a An Zsír lebontás
Aerob energianyerés
idő
A szénhidrát lebontást szabályozó kulcsenzimek aktivitás változása terhelés hatására. A PFK AKTIVITÁS NŐVEKEDÉSE
1x
Foszfofruktokináz (PFK)
ARÁNY:
11
foszfobifoszfatáz
36x
927x
ARÁNY:
ARÁNY:
1
51
Izom enzimek aktivitása (mmol/gr/perc) edzetlen, anaerob edzett és aerob edzetteknél ( sárga szám: szignifikáns eltérést mutat) Edzetlen
Anaerob edzett Aerob edzett
Szukcinát -dehidrogenáz
8,1
8,0
20,8
Almasav dehidrogenáz
45,5
46,0
65,5
Carnitin acyl transzferáz
1,5
1,5
2,3
Kreatin kináz
609,0
702
589
Miokináz
309
350
297
Foszforiláz
5,3
5,8
3,7
Foszfofruktokináz
19,9
29,3
18,9
Laktát dehidrogenáz
766
811
621
Aerob enzimek, oxidatív rendszer
Anaerob enzimek ATP-KrP rendszer
Glikolitikus rendszer
Cori-kör
Az aerob energianyerés a légzési és a keringési rendszer alkalmazkodásának is függvénye. CO2
O2
Tüdő
Légzés Keringés
Szív
Mitokondrium Miozin Aktin
CO2
O2
ADP
ATP
Izom sejt
A terhelés növekedésével az izomsejtek mitokondriumai egyre több oxigén felvételét igénylik. Ezt a szervezet a fokozott keringés és a fokozott gázcsere révén tudja csak biztosítani! Terheléskor a felvett oxigén 90 %-a mitokondriumban hasznosul!
A harántcsíkolt izom szerkezete és működése
Az izom működéséhez ATP-re van szükség!
Az izom kontrakció mechanizmusa Az izomösszehúzódás során az izomfilamentumok (aktin, miozin) a kereszt hidak segítségével becsúsznak egymás közé, melynek következtében az izomsejt megrövidül!
Motoros egység, rosttípusok Motoros egység
II. b típus gyors glikolitikus, mioglobin szám kicsi, mitokondrium szám min., halvány krém szín, nagy anaerob kapacitás, enzimek akt. magas, tejsav képz. Magas, gyors miozin, nagy erő, de fáradékony
I. típusú izomrost lassú, vörös szín, mioglobin tart. nagy, kapillarizáció nagy, mitokondrium szám nagy, lassabb oxidatív anyagcsere, de sok energia, enzimek aktivitása kicsi, nagy aerob kapacitás, ATP bontás lassú, lassú miozin, tejsav képződés kicsi, nem fáradékony hosszú állóképességi munka
II. a típus gyors oxidatív és glikolitikus aktivitás, vörös szín, mind az anaerob, mind az aerob metabolizmus fejlett, ATP bontás gyors, meglehetősen gyors miozin, közepes erő, fáradásnak ellenáll
Különböző izomrostok mikroszkopikus képei A gyors (II. b), lassú (I. a) és átmeneti (II. a) rostok eltérő aránya és mérete Lassú I. a
Gyors II. b
Átmeneti II. a
A különböző típusú edzések hatása a rostok számára és területére Edzés előtt
Lassú rostok
ST
Gyors rostok
FT
ST FT
Gyors erő ST
FT
ST ST
Erőedzés egyre több izomrostot aktivál, nő a keresztmetszet
FT
FT ST
ST
ST
ST ST
FT ST
Erő állóképesség
ST ST
FT FT
Nagy inger küszöb Magas mozgásfrekvencia Kisebb terjedelem
ST
ST
FT
ST ST
ST FT
FT
ST FT
ST
FT
Kicsi ingerküszöb Kisebb mozgás frekvencia Magasabb terjedelem
A gyors izomrostok %-os aránya a különböző sportágakban A gyors izomrostok részesedése Maratoni futó Hosszútáv úszó Kerékpározó Kajak-Kenus Evezős Úszó Gyalogló Jégkorongozó Középtávfutó Edzetlenek Súlyemelő Dobó Sprinter, ugró
Az egyes izomrostok szerepe a terhelés intenzitásának függvényében Ahogy nő az intenzitás egyre több gyors rost is bekapcsolódik!
I. b I tok s o rs r o y G
Gyors rostok II. a
Lassú rostok I. a
Az izomsejtek energia forrásai: ATP-ADP, ATP-Kreatin átalakulás Izom elernyedés
Izom kontrakció KONTRAKCIÓ ENERGIA ~ 30 kJ/mol
2
Energianyerési folyamatok részesedése az izomsejtekben különböző jellegű terheléseknél
Az energia megoszlás az igénybevétel függvényében egység
Gyorsasági állóképesség
Erő és gyorsasági állóképesség
idő
másodperc(‘’), perc (‘)
10’’- 35”
35”- 2’
pulzus
1/perc
185-200
185-200
O2 felvétel
% VO2max.
100
100
energia megoszlás
% aerob, % anaerob
10 90
20 80
energia felhasználás
Kj/perc
300
250
anaerob alaktacid
%
30
15-30
anaerob laktacid
%
60
50
aerob, szénhidrát
%
10
20-25
ATP, KrP, SzH.
szénhidrát
tápanyag
Az energiaszolgáltatók aránya különböző sportágakban (Del Monte 1983, Mader, Mathews 1985)
Sportág ATP/KrP tejsav K-1 500 m 25 60 K-2 500 m 30 60 Kerékpár 200 m 98 2 4000 m 20 50 Gyorskorcsolya 500 m 95 5
aerob 15 10 0 30 0
Az energiaszolgáltatók %-os megoszlása az eltérő távú futószámoknál (a múlt 1976) Futószámok
Anaerob alaktacid %
Anaerob laktacid %
Aerob %
100 m 200 m 400 m 800 m 1 500 m 3 000 m 5 000 m 10 000 m
49,5 38,3 26,7 18,0 20,0 20,0 10,0 5,0
49,5 56,7 55,3 31,4 55,0 40,0 20,0 15,0
1,0 5,0 18,0 50,6 25,0 40,0 70,0 80,0
A feltüntetett adatok mért átlagértékek, eltérő szerzőktől!
Az energiaszolgáltatók %-os megoszlása az eltérő távú futószámoknál (a jelen 2003) Futószámok
ATP/KP, anaerob % Nő Férfi
Aerob % Férfi
Nő
100 m
75,0
80,0
20,0
25,0
200 m
67,0
72,0
28,0
33,0
400 m
55,0
59,0
41,0
45,0
800 m
30,0
40,0
60,0
70,0
1 500 m
14,0
23,0
77,0
86,0
3 000 m
6,0
14,0
86,0
94,0
A feltüntetett adatok mért átlagértékek !
Az aerob részesedés %-ban eltérő távokon (ergométer)
William C. Byrnes mérése szerint
A 200 m kajak-kenu távra jellemző energianyerési rendszer 0”
12”
90”
180’’
ATP ATP-KrP ATP-KrP & ANAEROB
óra
200 m kajak-kenu távra jellemző energianyerési rendszer
ANAEROB/AEROB AEROB Közepes/rövid idejű ANEROB, AEROB ANAEROB rendszer rendszer
AEROB rendszer
Az energiaszolgáltató folyamatok részesedése az idő függvényében (szimuláció)
Anaerob lactacid
Aerob
%
T.S.
T.S.
Idő mp
Energia Watt
Anaerob alaktacid
Az O2 felhasználás és a terhelés
O2 felhasználás
O2 igény O2 deficit Steady-state O2 felhasználás
O2 adósság
Nyugalmi O2 felhasználás
START
Terhelés vége
Regeneráció vége
Az oxigén felvétel a különböző mértékű fizikai munkánál O2 deficit
O2 igény
anyagcsere
O2 adósság Alacsony intenzitás
Nyugalmi anyagcsere
O2 hiány=O2 adósság
munka
O2 igény Közepes intenzitás
munka
O2 adósság>O2 hiány
O2 igény Maximális O2 felvétel képessége
200 m KK Nagy intenzitás
munka
O2 adósság
>>O2
hiány
Energia nyerés
Terhelés intenzitása
Terhelés
Ny. hiány
Terhelés után O2
Aerob küszöb
Aerob-anaerob átmenet
Anerob
Vér tejsav Anerob energianyerés
Összes energia igény
Aerob energianyerés
időtartam
perc
Az energianyerés típusa az idő függvényében (múlt és jelen) Gyorsasági állóképesség
Rövid idejű Közepes idejű Hosszú idejű állóképesség állóképesség állóképesség
Anaerob részesedés Aerob részesedés
Anaerob részesedés
~75”
Aerob részesedés
A 100 m –es futás oxigénadóssága (az az O2 felvétel, amely a megterhelés után a nyugalmi O2 igény felett adódik)
7
O2 szükséglet
O2 adósság 6-7,5 liter ! O2 felvétel
0,5 liter
O2 adósság fedezése
O2 felvétel
A 200 m K-K ~oxigénadóssága 20
O2 szükséglet
200 m K-K
O2 adósság 17 liter !! O2 felvétel 3 liter O2 adósság fedezése
O2 felvétel
40” táv alatt
Az O2 felvétel, az O2 szükséglet és az O2 hiány alakulása rövid idejű maximális intenzitású terhelésnél
Oxigén szükséglet
Oxigén hiány
2
Oxigén felvétel (VO2)
Idő
Az oxigén felvétel edzett és edzetlen szervezetben a sebesség függvényében edzett edzetlen Oxigén felvétel ml/kg/min Sebesség km/h
Ahogy nő az edzettség úgy nő a maximális oxigén felvétel lehetősége és növekszik az elérhető sebesség is!
A vértejsav és a vércukor szintek alakulása a különböző futó távok függvényében
tejsav
glukóz
A különböző mutatók változása 400 m futás közben (szimuláció) 32-41”
49”
Izom PH
Vér tejsav (mmol/l) ATP, CRPH, izom-tejsav (mmol/kg) Idő mp ATP
T.S.
A tejsav küszöb értékek változása a terhelés típusa szerint Terhelés idő típusa
TS 2 mmol/l
TS 3 mmol/l
TS 4 mmol/l
TS 7 mmol/l
TS 10 mmol/l
(x)
x
x
Rövid idejű
0,5-2,0’
Közép idejű
2,0-10’
(X)
X
Hosszú idejű I.
10-30’
X
(X)
Hosszú idejű II.
30-90’
X
(X)
Hosszú idejű III.
90-360’
X
(X)
Hosszú idejű III.
>360’
X
(X)
3 x 1000 m terhelés alatti tejsav szintek 20 18
tejsav(m m ol/l)
16 14 12
200 m
10
500 m
8
1000 m
6 4 2 0 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8
sebesség(m/s)
Versenytáv szerinti összehasonlítás Rövidtávosok: 200m (30”-40”) Hosszútávosok: 500m, 1000m (1’30”-4’) futási idő (p=0,007), rel.VO2 max. p=0,01) Maximális értékek
rövidtávosok hosszútávosok
64
626
>1’
60,2
62 60 58
558
54,8
56 54 52 50
terhelési idő (másodperc)
VO2 rel (ml/perc/kg)
>10%
Az energiaszolgáltatók aránya a terhelés az időtartamának és intenzitásának függvényében CP
Intenzitás
ATP, ADP
AEROB energia nyerés szénhidrát, zsír
ANAEROB energia nyerés szénhidrát
% dobás ugrás, 100, ,
200 m
200 m, 400 m K-K
Terhelés időtartama
mp
800 m
Az ATP és a KrP szintek alakulása a maximális terhelés első 14’’ szakaszában
% kimerülés
Idő mp
A maximális oxigénfelvételt meghatározó centrális és perifériás tényezők
!
!
!
! !
! !
!
! !
!
!
! Központi idegrendszer, keringés
Izom
A rövid távú, intenzív edzés hatása a vázizomzat metabolikus működésére Hatása a mitokondriális légzésre: -minimális fokozódás -Hatása a glikogénre: -koncentráció aminek következtében: glikolízis kiindulási anyagainak mértéke Hatása a glikolízisre: -foszforiláz aktivítás -foszfofruktokináz aktivitás aminek következtében: -a glikgenolízis és a glikolízis sebessége
Hatása a ATP-re: -minimálisan aminek következtében: -intenzív terhelés tűrőképesség Hatása a kreatin foszfát: -minimálisan aminek következtében: -az ATP regenerációs képessége Hatása a pufferkapacitásra: -kapacitás aminek következtében: -a glikolízis ATP termelő kapacitása -az acidózis okozta fáradtság kitolódik
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból z z z
z
Ezeknél a még fontosabb a gyors ATP képződés anaerob módon, mint a rövid sprinteknél. Fontos az optimális lebontás mind a glukózból, mind a glikogénből. A táv ideje (30-40 mp), függ a tejsav képződési rátától és a H+ ion felszaporodástól! Mindezek behatárolják a teljesítményt. Acidózis! A kezdeti sebességet egy magasabb anaerob alaktacid kapacitás mellett érik el. A táv 2/3-tól gazdaságosabb anaerob és aerob ATP képződés történik. Ennél a távnál nagyon-nagy a jelentősége a kezdeti sebességnek szemben hosszabb távokkal.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 2. z
A glikogén mobilizációt a kezdeti izom összehúzódás vezeti be és egy összetett allosztérikus és hormonális szabályozás növeli. Az adrenalin kiáramlásnak döntő jelentősége van.
z
Ennél a számnál a kezdeti anaerob alaktacid energianyerés ATP-ből, kreatin-foszfátból, majd az anaerob laktacid energianyerés intenzív glikogén mobilizáció mellett döntő tényező.
z
A gyors alkalmazkodást elősegítik az allosztérikus aktivátorok: AMP, ADP, NH3 , foszforsav. Ezek aktiválják a glikolízis kulcsenzimjét: a foszfofruktokinázt (PFK).
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 3. z
A glikolízis szükségletnek megfelelő szabályozását a glukóz felhasználás teszi gazdaságossá, anélkül, hogy az ATP képződés csökkenne.
z
Az adrenalin és a glukagon elősegíti ezt a szabályzást.
z
A specifikus intervall edzés és az állóképesség növelése révén tud a legjobban alkalmazkodni ez a szabályozás .
z
A glikolízis rátáját a glicerinaldehid-3-foszfát tovább oxidálása növeli amennyiben megfelelő a [NAD+] ,-- mint hidrogénfelvevő-- koncentráció a citoplazmában.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 4. z
A megnövekedett glikolízis ráta növeli a piroszölősav (p.sz.s.) termelődést, így maximális terheléskor (oxigénhiányban) a p.sz.s. citromsav-ciklusba jutása gátlódik és túlnyomórészt tejsavvá alakul. A tejsav szint közel 25 mmol/l is lehet!. Hasonlóan, mint a 400 m futásnál.
z
A tejsav szint az izomsejt citoplazmájában megnő, sőt ezt még növeli az ATP bomlása és a glicerinaldehid-3-foszfát oxidációja is, mindezek következtében tovább nő a [H+].
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 5. z
Ez a tejsav szint növekedése viszont nem vezet teljesítmény csökkenéshez, mivel az izomsejtből gyorsan kiáramlik és a keringés segítségével az oxigénben gazdag szívhez jut illetve pótolja a vörös rostoknál a szénhidrát utánpótlást. Ezeken kívül a Corikör segítségével javítja a máj glikogén újra képződési rátáját.
z
A NAD+, amely a p.sz.s.-ból tejsavvá alakulásakor válik ismét szabaddá a legfontosabb hidrogén felvevő anélkül, hogy csökkenne a glikolízis rátája.
z
A fehér rostokban a glicerinaldehid vissza- alakulása stabilizálja a citoplazmában a [NAD+]-t.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 6. z
A mindenkori, megfelelő [NAD+] a 200 m KK döntő tényező, mivel szerepe van a fáradtság minél későbbi kialakulásában és hogy optimalizálja a PFK enzim működését.
z
A 200 m távnál minden olyan mechanizmus fontos amely növeli az ATP és a KrP újra képződését (KrP>ATP, 2ADP>ATP).
z
Fontos tényező a fehér II. b rostok ATP újraképződési mechanizmusa mellett a II. a rostok magas oxidatív és glikolitikus enzimkapacitása. Ezen rostok működése segíti elő az anaerob és aerob folyamatok optimális összehangolását.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 7. z
Az idő előtti glikogénhiány a glikolízis és a glikogenolízis csökkenéséhez vezethet, amely így csökkenti az anaerob ATP képződést és fáradtsághoz vezethet.
z
Mind a versenyek, edzések előtti optimális glikogénraktár telitettség, a gazdaságos glikogén felhasználás, az alkalmazkodott szabályozó mechanizmusok, mind az energiakímélő technika illetve a szénhidrátraktárak azonnali feltöltése a terhelések után döntően befolyásolja a teljesítményt.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 8. z
Ez a táv a megfelelő metabolikus alkalmazkodás mellett sem képes teljesen bíztosítani az optimális keringési és légzési alkalmazkodást, csak feltételesen biztosítható a megfelelő O2 ellátottság a mitokondriumok számára.
z
A nem megfelelő glikogén ellátottság mellett a foszforsav hiánya, az ADP és a [H+] felszaporodása hozzájárulhat az idő előtti kifáradáshoz, mivel nagymértékben befolyásolják az izom kontrakciót.
A 200 m KK jellemzői biokémiai szempontból 9. z
A terhelések utáni metabolikus regeneráció, az ATP újraképződése nemcsak szénhidrátok, hanem a zsírok lebontásán keresztül is fontos, mert így kímélődnek a szénhidrát raktárak.
z
A szakág specifikus állóképesség fejlesztő edzés javítja a regenerálódást, mivel növeli az oxigénfelvevő képességet és elősegíti a terhelés utáni ATP regenerációt.
z
A 200 m KK-nál a metabolikus alkalmazkodás mellett döntő tényező még a neuro-motorikus alkalmazkodás illetve az optimális, össze- rendezett technika. Az optimális technika gazdaságosabbá teszi az energiafelhasználást.
A megoldás?!
A hosszú távú állóképességi edzés hatása a vázizomzat metabolikus működésére Hatása a mitokondriális légzésre: -mitokondriumok száma és mérete -citrátkör aktivitása -β-oxidáció (zsírsav lebontás) mindezek következtében: -mitokondriális légzés sebessége -szénhidrát oxidációs lehetősége -oxigénadósság -acetil-CoA oxidációs aktivitás -lipid oxidációs kapacitása -izomglikogén megtakarítás
Hatása a glikogénre: -koncentráció aminek következtében: -a steady-state terhelés ideje Hatása a glikolízisre: -foszforiláz aktivitása -foszfofruktokináz (PFK) aktivitása -laktát köszöb -laktát eltávolítása aminek következtében: -glikogenolízis kapacitása -glikolízis kapacitása -maximális staedy-state intenzitás -laktát eliminálás sebessége
Hatása a kreatin-foszfátra: -küszöb aminek következtében: -maximális steady-state intenzitás Hatása a pufferkapacitásra: -nem változik
