Leif & Thorbjørn Kristensen Side 1 af 6 Energistofskifte De fleste af de processer, der sker i kroppen, skal bruge energi for at fungere. Kroppen skal således bruge en vis mængde energi for at holde sig i gang, det er benævnt som hvilestofskiftet. Derudover skal der bruges energi, hvis kroppen skal udføre en bevægelse, og det er denne ekstra energi, der skal undersøges i forbindelse med emnet krop og energi. For at skaffe energi er der nogle forskellige energisystemer, kroppen kan benytte sig af alt afhængig af arbejdets karakter. Energisystemer Alle energikrævende processer i kroppen får energi ved spaltning af ATP (adenosintriphosphat) udfra en reversibel reaktion( en reaktion, der kan forløbe i begge retninger): ATP ADP + P + energi Kroppens reserver af ATP er meget beskedne, hvorfor det hele tiden skal gendannes. ATP kan gendannes ved forskellige reaktioner: Energisystem Lager ATP 1-5sek Creatinphosphat 4-10sek Glykogen (u. ilt) 1-2min Glykogen (m. ilt ) 6-8 MJ Fedtsyre (m. ilt) 250-350 MJ Spaltningen af ATP og gendannelsen af ATP fra creatinphosphat og glykogen er anaerobe processer, det vil sige, at processerne ikke kræver ilt. Disse processer er hurtige, men som det ses er der ikke energi nok til vedvarende arbejde. De anaerobe systemer bruges til at imødekomme en pludselig ændring af aktivitetsniveauet indtil, det er muligt for de aerobe systemer at levere nok energi. Det vil sige til hurtige spurter og til starten af længerevarende aktiviteter. De aerobe systemer er forbrændingen af henholdsvis glykogen og fedtsyre under tilførsel af ilt. Som det ses af tabellen, står disse systemer for langt hovedparten af kroppens energidepoter. Det aerobe system er langsomt til at respondere på hurtige ændringer, men kan levere meget energi over et langt tidsrum. Desuden bliver det anaerobe system genopbygget af det aerobe system. Det aerobe system er det der i daglig tale bliver beskrevet som kondition eller form.
Leif & Thorbjørn Kristensen Side 2 af 6 Kondital Hvis kroppen skal udføre et stykke arbejde med en fast intensitet, vil energien først komme fra det anaerobe system og siden hen fra det aerobe system. Hvis energien kommer fra det aerobe system vil der være en lineær sammenhæng mellem det krævede arbejde, og den ilt der bliver forbrugt. Energibehov Iltforbrug Iltgæld Iltgæld tilbagebetales Aktivitet Hvile Tid Som det ses på figuren, er der tre faser i et arbejdsforløb. Først er der en periode, hvor energibehovet er meget højere end den energi, der frigøres ved de aerobe processer. Det er her kroppen finder den nødvendige energi ved at bruge de anaerobe systemer. Da der her bliver brugt af depoter, der senere skal fyldes op, siger man, at der her bliver dannet en iltgæld. Den næste perioden er, hvor den krævede energimængde kommer fra det aerobe system. Her er der balance mellem den energi, der bliver brugt, og det ilt der bliver tilført, det kaldes steady state. For at kroppen kan arbejde ved steady state, kræves, at der tilføres nok ilt til det aerobe system. Den maksimale arbejdsintensitet, kroppen kan yde over længere tid, er bestemt af, hvor meget ilt kroppen kan forbruge, også kaldet konditionstallet eller VO 2 max. Det måles i liter ilt per minut. En normalværdi for en ung utrænet vil være 3-3,5 l O 2 /min. En stor fyr har normalt et konditionstal, der er meget større end en lille piges - også selvom pigen er sportstrænet, og fyren ikke er. Denne værdi er derfor ikke så brugbar i praksis, i stedet bruger man konditallet, der måles i milliliter ilt per minut per kilo legemsvægt.
Leif & Thorbjørn Kristensen Side 3 af 6 Maksimalt iltforbrug målt i ml /min Kondital = Kropsvægten i kg Konditallet for en utrænet vil typisk ligge omkring 50 for mænd og omkring 40 for kvinder, men der er stor variation. Den sidste periode er efter aktiviteten er ophørt. Her skal der bruges energi til at tilbagebetale den iltgæld, der er blevet dannet i starten af aktiviteten. Der vil altid skulle betales mere af end den gæld, der er blevet opbygget. Direkte måling af kondital Den simpleste måde at bestemme konditallet på er ved en direkte bestemmelse. Det vil sige at sætte en forsøgsperson (fp) i gang med at arbejde så meget som muligt. Iltforbruget måles og lige før fp ikke kan yde mere, kan fp s VO 2 max måles. Fordelen med denne metode er, at konditallet kan bestemmes ved én måling. Ulempen er, at det er svært for de fleste personer at yde maksimalt på en kondicykel med åndedrættet hindret af en luftslange. Indirekte bestemmelse af kondital Når kroppen arbejder steady state, vil der være en lineær sammenhæng mellem det arbejde, kroppen yder, og hjertets pulsfrekvens. Ligeledes der vil være en lineær sammenhæng mellem den forbrugte ilt og hjertets pulsfrekvens. Dette kan udnyttes til at bestemme VO 2 max. Hvis der arbejdes ved forskellige arbejdsintensiteter, vil der være en sammenhæng mellem hjertets pulsfrekvens og iltforbruget som vist på figuren. Iltoptagelse som funktion af pulsen ml ilt pr min 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 60 110 160 210 Puls
Leif & Thorbjørn Kristensen Side 4 af 6 Hvis man kender fp s maksimale puls, kan man ekstrapolere (forlænge) linjen til denne værdi og herved finde VO 2 max. Kender man personens vægt, kan man så finde personens kondital. Energikilder Ifølge næringsanbefalingerne skal kostens energisammensætning være 55-60% fra kulhydrat, 25-30% fra fedt og 12-15% fra protein for en almindelig aktiv voksen. For elitesportsudøvere skal der tages specielle hensyn til sammensætning alt afhængig af, hvilke krav træningen stiller til kosten. Den aerobe energifrigørelse under muskelarbejde sker først og fremmest ved forbrænding af fedt og kulhydrater. Omsætning af protein har vist sig ikke at bidrage til energiproduktionen, dette er sandsynliggjort ved, at der ikke måles kvælstofudskillelse i urinen under arbejde. Det viser sig ligeledes, at selv om alkohol har en høj fysiologisk brændværdi, bidrager den ikke til energistofskiftet. Fordøjelse Langt den overvejende del af den fedt vi spiser findes som triglycerider. I tyndtarmen sker der en trinvis nedbrydning af triglyceridet til frie fedtsyrer og glycerol. Glyceroldelen bidrager ikke væsentligt til energiproduktionen. De frie fedtsyrer optages gennem tarmvæggen og transporteres til leveren, hvor de nedbrydes. Humant fedt indeholder ca. 25% hexadekansyre (palmitinsyre), C 15 H 31 COOH og ca. 50 % cis-9-oktadekensyre (oliesyre), C 17 H 33 COOH. Voksne indtager de fleste kulhydrater som polysaccharider fortrinsvis stivelse. Nedbrydningen af stivelse starter allerede i mundhulen, og når det er kommet til tyndtarmen, er det nedbrudt til glukoseenheder. Forbrænding Forbrændingen af fedt og kulhydrat sker under forbrug af ilt og produktion af carbondioxid. Normalt vil kroppen få lige dele energi fra begge forbrændinger, men under hårdt arbejde vil energien typisk komme fra kulhydratforbrænding. Da der i kroppen er større fedtdepoter end
Leif & Thorbjørn Kristensen Side 5 af 6 kulhydratdepoter, kan det være interessant at måle kroppens forbrænding af fedt, for desto mere fedt, man kan forbrænde under i givent arbejde, desto længere tid kan man arbejde. Man kan relativt let bestemme forholdet mellem fedt og kulhydratforbrænding ved at måle på udåndingsluftens indhold af carbondioxid (CO 2 ) og ilt (O 2 ) og bestemme reaktionens respiratoriske kvotient (RQ)defineret ved RQ = stofmængde produceret CO stofmængde forbrugt O 2 2 Ser man på en ren kulhydratforbrænding eksemplificeret ved forbrænding af glucose: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O er RQ = 6/6 = 1, hvorimod ved forbrænding af fedtsyre (palmitinsyre): C 16 H 32 O 2 + 23 O 2 16 CO 2 + 16H 2 O er RQ = 16/23 = 0,7. Man vil derfor forvente en RQ-værdi mellem 0,7 og 1 (det gør ikke den store forskel om fedtsyren er palmitinsyre eller oliesyre). Det er muligt efter en del regnearbejde at finde energiandelen fra henholdsvis fedt og kulhydratforbrænding som funktion af RQ. (se udregning). Her skal blot anføres den sammenhæng, der findes mellem de målte stofmængder af gasserne og de forbrændte stofmængder fedt og kulhydrat: n = fedt n = kulhydrat ( no -nco ) 2 2 7 ( 23n CO - 16nO ) 2 2 42 Det giver følgende sammenhæng mellem RQ-værdien og energifordelingen: RQ-værdi % energi fra Fedt Kulhydrat 16/23=0,70 100 0 0,75 81 19
Leif & Thorbjørn Kristensen Side 6 af 6 0,80 64 36 0,85 47 53 0,90 31 69 0,95 15 85 1,00 0 100 Forholdet mellem fedt- og kulhydratforbrændingen under muskelarbejdet er afhængigt at flere faktorer, her skal blot nævnes typen af fødevareindtagelsen i dagene forud for arbejdets udførelse. Desuden vil forholdet være afhængig af arbejdets intensitet og varighed i forhold til den fysiske træningstilstand som vist på figuren: 100 Procentvis energibidrag 50 Kulhydrat (anaerob) Kulhydrat (aerob) Fedt 50 100 150 Arbejdsintensitet (% af VO 2 max) Nyttevirkning Når musklerne arbejder bliver kroppen varm, og jo mere arbejde, der udføres jo mere varme frigøres der. Det skyldes at omdannelsen af kemisk energi til mekanisk energi sker med et energitab i form af varme. Det betyder, at der under arbejdet bliver brugt mere energi end der bliver udført arbejde, altså er nyttevirkningen under 100% Arbejde udført Nyttevirkning= Energi tilført Nyttevirkningen af muskelarbejde ligger mellem 16,5% og 38,5%. Dertil kommer, at der også kan være energitab andre steder i aktiviteten.