AEROB ENERGIOMSETNING

Aerob enegiomsetning vil si at oksygenmengden i muskelcellene er tilstrekkelig til en fullstendig nedbrytning av karbohydrat og fett til karbondiokyd og vann. Den aerobe nedbrytningen benevnes kjemisk som forbrenning eller oksidasjon.Energi defineres som "evne til å utføre et arbeid". Arbeid er definert som produktet av en gitt kraft som virker over en gitt distanse. All fysisk aktivitet er avhengig av muskelcellens evne til å omforme kjemisk energi til mekanisk arbeid.

Energistoffskiftet i alle organismer er avhengig av ATP. ATP er en av cellens viktigste molekyler fordi det et er den eneste energiformen cellen kan anvende direkte i energiomsetningen. Den energien som kreves til muskelkontraksjoner kommer fra ATP ved at ATP spaltes til ADP og fosfat. Energien blir avgitt ved at en fosfatgruppe overføres til et mottakermolekyl som blir mer reaktivt. Når mottakermolekylet har reagert, vil en ha igjen ADP + P.

ATP konsentrasjonen i muskulaturen er normalt 5-6 mmol×kg-1×s-1. Ved fysisk aktivitet er forbruket av ATP mellom 0.25-3 mmol×kg-1×s-1 (ultralang dist.-sprint). Dette betyr at 1 kg aktiv muskel bruker 0.25-3 mmol ATP på 1 sekund under fysisk aktivitet. Gjenoppbygging av ATP starter etter kort tid (< 1s), derfor faller ATP konsentrasjonen i muskulaturen aldri under 40% av utgangsnivået.

ATP lageret i en muskelcelle er tilstrekkelig til hardt arbeid i noen få sekunder. Cellen trenger derfor en mekanisme som kan gjenoppbygge ATP etter hvert som det forbrukes. Dette ivaretas ved nedbrytning av kreatinfosfat (CrP). Når CrP spaltes kan ATP syntetiseres fra ADP og fosfat. Lageret av CrP brukes imidlertid opp på kort tid, kreatinfosfat må derfor gjendannes fra kreatin og fosfat, dette skjer ved hjelp av energi fra nedbrytningen av glykogen og fett.

Tab.1.
Enegifrigjøring ved hjelp av ATP, og gjenoppbygging av ATP.
Adenosin - P - P - P ® Adenosin - P - P + P + energi 
Adenosin - P - P - P  Adenosin - P - P  Energi,glykogen,fett + P   

Den aerobe energifrigjøringen kan foregå på to måter.

1: 1 Glukosegruppe + 6O2 + 39ADP + 39Pi ®  6CO2 + 6H2O + 39ATP
2: Fett            +23O2 +129ADP +129Pi ® 16CO2 +16H2O +129ATP
Aerob energifrigjøring foregår i cellenes mitokondrier. Mitokondriene blir ofte kalt cellenes kraftstasjoner, det er her energien til ATP produksjonen blir frigjort. Antallet og størrelsen på mitokondriene kan økes ved trening.

Konsentrasjon, mengde pr. volumenhet måles i mol/dm3(1 dm3=1l). Et mol (M) er den stoffmengde man får når en veier så mange gram som stoffets molekylmasse angir. F.eks. melkesyre C3H6O3, molekylmasse C:12, H:1, O:16, et mol melkesyre veier (3×12)+(6×1)+(3×16)= 90 g. 1 mol = 1000 millimol (mM).

GLYKOGEN

Oksidering av glykogen settes i gang i løpet av få sekunder etter at arbeidet starter. Glykogenlageret i muskulaturen er normalt mellom 80-100 mmol/kg, og muskelen kan arbeide til konsentrasjonen faller til ca. 20 mmol/kg. Trente utøvere kan oppnå høyere glykogenkonsentrasjoner (150-200mmol/kg) ved hjelp av karbohydratrik kost.

Siden nedbrytning av 1 mol glykogen krever 6 mol O2, og gir energi til oppbygging av 39 mol ATP, betyr dette at aerob nedbrytning av glykogen krever ca. 0.15 mol O2 pr. mol ATP.

Gjenoppbygging an glykogenlagrene er avhengig av kostholdet. Med god tilførsel av karbohydrat kan lagrene bygges opp i løpet av 1-2 døgn, ved utilstrekkeig tilførsel av karbohydrat kan gjenoppbyggingen ta opp til 1 uke.

Eks. 1.

En utøver har en muskelglykogenkonsentrasjon på 120 mmol/kg (21.6 g/kg). Oksidering av glykogen i 1 kg muskel kan da gi 3900 mmol ATP. Siden oksidering av glykogen har en maksimal ytelse på 1 mmol ATP×kg-1×s- 1, vil utøveren kunne utføre et arbeid i minimum 65 minutter før glykogenlagrene er tomme.

FETT

Det er uklart hvor raskt ATP produksjonen ved fettsyreoksidering kommer i gang (5min ?). Ved intensiteter under 50% av maksimal arbeidskapasitet kommer en stor del av energien fra fettforbrenning. Evnen til å forbrenne fett er avhengig av treningstilstand. Godt trente utøvere kan benytte fett til energiomsetningen opp til ca. 75% av maksimal arbeidskapasitet (utrente 50% av maks arb.kap.).

Etterhvert som glykogenlagrene minker (1-1½ time) overtar fettforbrenningen mer og mer.

Fettsyreoksidering kan lage ATP med en hastighet på 0.25- 0.4 mmol×kg-1×s-1. Mengden ATP som kan dannes med fettsyreoksidering varer i flere dager. Nedbrytning av 1 mol fettsyre gir 129 mol ATP, men nedbrytningen krever 23 mol O2. Dette betyr at O2 forbruket er ca. 0.18 mol pr. mol ATP som blir dannet.

1 mol O2 gir altså forskjellig mengde ATP avhengig av om man benytter glykogen eller fett som energikilde. Oksidering av 1 mol fettsyrer gir 5.6 mol ATP pr. mol O2 (129/23), mens oksidering av 1 mol glukose gir 6.5 mol ATP pr. mol O2 (39/16).

Musklene får 16% mer energi ved å bruke oksygen til å oksydere glykogen i forhold til oksidering av fettsyrer. Dette betyr at når glykogenlagrene er tomme må intensiteten reduseres.

Tab.2. Egenskaper ved aerob energiomsetning.

                     Glykogen    Fett
Oppstartingstid       3s         5 ? min
Største hastighet
mmol×s-1×kg-1 muskel  0.5-1      0.25-0.4     
Mengde mol/kg muskel  3          50         
Maksimal varighet     45-90 min  Flere dager

Tab.3. Fordeler og ulemper ved aerob energiomsetning.

  + ingen laktatdannelse
  + relativt stor energimengde pr. mol glukose ® 39 mol ATP,fett ® 129 mol ATP.
  - energiomsetningen skjer relativt langsomt 
  - energimengde pr. tidsenhet er relativt lite
  - transport av H2O og CO2 fra mitokondriene
I utholdenhetsidretter er hastigheten på energiomsetningen viktig. Den maksimale hastigheten på den aerobe energiomsetningen blir kalt det maksimale oksygenopptaket. Det er mulig å måle den aerobe kapasiteten til utøvere i en øvelse ved å måle O2 opptaket gjennom hele øvelsen. Den utøveren som klarer å frigjøre mest energi aerobt over et gitt tidsrom vil ha størst aerob kapasitet, og dermed en fordel i forhold til konkurrentene.

Aerob energiomsetning er produksjon og nedbrytning av ATP med forbruk av oksygen, O2 forbruket kan derfor oppgis i antall molekyler O2 pr. tid. 1 liter O2 inneholder 44.61 mmol O2 molekyler (1 mmol er 6.02×1023 molekyler). Et mol O2 gir 5.6-6.5 mmol ATP. Dette medfører at 1 liter O2 vil gi 250-290 mmol ATP molekyler. Oksygenopptaket kan derfor oppgis i mmol/s (l/min) og mmol×s-1×kg-1 ( ml×kg-1×min-1). 1 mmol O2/s = 1.3450 l O2/min (STPD), og 1 l O2/min = 0.7435 mmol O2/s. I praksis kan man bruke 3/4 regelen, dvs. at 3 mmol/s = 4 l/min.

Energien som frigjøres i organismen omdannes til varme og ytre arbeid. Måling av energiomsetningen kan måles kalorimetrisk, dvs. at man måler varmeproduksjonen. Dette forutsetter at forsøkspersonen er i ro slik at man kan se bort fra det ytre arbeidet. Direkte kalorimetrisk måling av energiomsetningen blir sjelden brukt i dag fordi metoden er tungvinn, og fordi usikkerheten i slike målinger kan være stor.

I stedet for å benytte direkte kalorimetri til bestemmelse av energiomsetningen kan man benytte indirekte kalorimetri. Dette betyr at man måler oksygenopptaket og bruker dette til å bestemme energiomsetningen. For hver liter oksygen kroppen omsetter frigjøres 4.64-5.05 kcal. Verdiene er avhengig av hvilke næringsstoffer som forbrennes (fett/glykogen). Måling av oksygenopptaket kan derfor være et godt mål på energiomsetningen ved belastninger opp til anaerob terskel.

Prosedyrer for testing av oksygenopptaket er i dag godt utprøvd. Usikkerheten ved slike målinger er vanligvis ±3% av måleresultatet. Beregning av O2 opptaket krever en del regnearbeid. For å bestemme O2 opptaket trenger man følgende målinger: volumet av utåndingsluften, konsentrasjon av O2 og CO2 i utåndingsluften, lufttrykket, temperatur, oppsamlingstid, og kroppsvekten til utøveren som testes.

© B.V.N. 1992.

LITTERATUR

Asmussen,E.,Nielsen,M.,(1987).
Lærebog i menneskets fysiologi.

Badtke,G.,(1989).
Sportmedizinische Grundlagen. Körpererziehung und Training.
2.überarbeitete Auflage.

Bahr,R.,Hallèn,J.,Medbø,J.I.,(1992).
Testing av idrettsutøvere.

Forsberg,A.,Saltin,B.,(red.)(1988).
Konditionsträning i teori och praktik.

Forsberg,A.,Saltin,B.,(red.)(1984).
Styrketräning.

Zintl,F.,(1988).
Ausdauertraining. Grundlagen, Methoden, Trainingssteuerung.