Fysiologi

Träningsfysiologi undersöker hur kroppens strukturer och funktioner förändras när de utsätts för akuta och kroniska upprepningar av träning. Att förstå dessa fysiologiska mekanismer är avgörande för att optimera prestanda, förebygga skador och främja allmän hälsa. Den här artikeln utforskar hur muskler fungerar på cellnivå, vilka energisystem som ger upphov till fysisk aktivitet och hur kardiorespiratoriska system anpassar sig under träning.

Mekanismer för muskelkontraktion: den cellulära basen för muskelfunktion

Muskelsammandragning är en komplex process som involverar interaktion mellan olika cellulära komponenter i muskelfibrer. Den grundläggande enheten för muskelkontraktion är sarkomeren, som består av sammankopplade proteinfilament – ​​aktin och myosin.

Skelettmuskelstruktur

• Muskelfibrer: Långa, cylindriska celler med flera kärnor och rikligt med mitokondrier.
• Myofibriller: Bunten av proteinfilament i muskelfibrer, uppbyggda av repeterande enheter som kallas sarkomerer.
• Sarkomerer: De grundläggande kontraktila enheterna, definierade av Z-linjer, innehåller tunna (aktin) och tjockare (myosin) filament.

Glidande strålteori

Teorin om glidande filament förklarar muskelkontraktion genom att aktin glider på myosinfilament, vilket orsakar sarkomerkontraktion.

• Lugnt tillstånd: Tropomyosin blockerar myosinbindningsställen på aktinfilament, vilket förhindrar bildning av tvärbindningar.
• Förhållandet excitation-kontraktion:
• Handlingspotential: En nervimpuls utlöser en aktionspotential i en muskelfibers sarkolemma.
• Kalciumfrisättning: Verkningspotentialen fortplantar sig genom T-tubulierna och stimulerar det sarkoplasmatiska retikulum att frigöra kalciumjoner.
• Korsvolymbildning:
• Kalciumbindning: Kalciumjoner binder till troponin, vilket gör att tropomyosin rör sig och exponerar myosinbindningsställen på aktin.
• Inloggning: Energifyllda myosinhuvuden binder till aktin och bildar tvärsnitt.
• Kraftslag:
• ADP och Pi släpper: Myosinhuvuden roterar och drar aktinfilament mot mitten av sarkomeren.
• Muskelsammandragning: Denna åtgärd får en muskel att dra ihop sig.
• Koppla bort korskapaciteten:
• ATP-bindning: En ny ATP-molekyl binder till myosinhuvudet, vilket gör att det lossnar från aktin.
• Återaktivering: ATP-hydrolys återvinner energi för myosinhuvudena för nästa cykel.
• Avkoppling:
• Kalciumåterupptag: Kalciumjoner pumpas tillbaka in i det sarkoplasmatiska retikulumet.
• Blockera inloggningsplatser: Tropomyosin täcker bindningsställena igen, och muskeln slappnar av.

ATP:s roll i muskelkontraktion

• Energiförsörjning: ATP ger den energi som behövs för korsvolymcykeln.
• ATP-hydrolys: Nedbrytningen av ATP till ADP och Pi aktiverar myosinhuvudena.
• ATP-regenerering: Muskelfibrer regenererar ATP genom metaboliska vägar för att upprätthålla kontraktion.

Energisystem: ATP-PCr, glykolytiska och oxidativa vägar

Muskelsammandragningar kräver en konstant tillförsel av ATP.Kroppen använder tre huvudsakliga energisystem för att regenerera ATP under träning:

ATP-PCr system (phosphagen system)

• Direkt energikälla: Ger energi för högintensiva, kortvariga åtgärder (t.ex. sprint).
• Mekanism:
• Fosfokreatin (PCr) donerar ett fosfat till ADP och bildar ATP.
• Jäsa: Kreatinkinas underlättar denna snabba reaktion.
• Egenskaper:
• Anaerob: Inget syre krävs.
• Kapacitet: Begränsad av PCr-butiker, upprätthåller aktivitet i upp till 10 sekunder.

Glykolytiskt system (anaerob glykolys)

• Kortsiktig energikälla: Bränsle med måttlig till hög intensitet aktivitet som varar 10 sekunder till 2 minuter.
• Mekanism:
• Nedbrytning av glukos: Glukos eller glykogen omvandlas till pyruvat.
• ATP-utbyte: Netto ATP-innehåll – 2 ATP-molekyler per glukosmolekyl.
• Produkt:
• Laktosbildning: Under anaeroba förhållanden omvandlas pyruvat till laktos.
• Acidos: Laktosackumulering sänker pH, vilket bidrar till trötthet.
• Egenskaper:
• Anaerob: Fungerar utan syre.
• Hastighet: Snabbare i ATP-produktion än det oxidativa systemet, men mindre effektivt.

Oxidativt system (aerob metabolism)

• Långsiktig energikälla: Stöder aktiviteter som varar längre än 2 minuter (t.ex. långdistanslöpning).
• Mekanism:
• Aerob glykolys: Pyruvat kommer in i mitokondrierna och omvandlas till acetyl-CoA.
• Krebs cykel: Acetyl-CoA oxideras för att producera NADH och FADH₂.
• Elektrontransportkedja: Elektroner överförs till syre och genererar ATP.
• Bränslekällor:
• Kolhydrater: Primärt bränsle under måttlig till högintensiv träning.
• Fett: Primärt bränsle under lågintensiv, långvarig träning.
• Protein: Litet bidrag, främst vid lång träning.
• Egenskaper:
• Aerob: Kräver syre.
• Effektivitet: Producerar upp till 36 ATP per glukosmolekyl.
• Kapacitet: Praktiskt taget obegränsad energitillförsel under långa aktiviteter.

Kardiorespiratoriska och respiratoriska reaktioner på träning

Träning inducerar betydande anpassningar i kardiorespiratoriska system för att möta ökade metaboliska krav.

Kardiorespiratoriska svar

• Hjärtfrekvens (HR) ökar
• Mekanism: Stimulering av sympatiskt nervsystem ökar HR för att förbättra hjärtminutvolymen.
• Inverkan: HR ökar i proportion till träningsintensiteten.
• Öka skottvolymen (SV)
• Definition: Volymen blod som pumpas under varje hjärtslag.
• Mekanismer:
• Ska fyllas: Ökat venöst återflöde sträcker ut kamrarna (Frank-Starling-mekanismen).
• Kontraktilitet: Sympatisk stimulering ökar kontraktiliteten i striatum.
• Hjärtvolymen (Q) ökar
• Formel: Q = HR × SV.
• Anpassning: Hjärtvolymen kan öka upp till 5-6 gånger vilonivån under intensiv träning.
• Omfördelning av blodflödet
• Vasodilatation: I aktiva muskler vidgas arteriolen, vilket ökar blodflödet.
• Vasokonstriktion: Blodkärl i aktiva regioner smalnar av och omfördelar blod.
• Blodtrycksförändringar
• Systoliskt tryck: Ökar på grund av högre hjärtminutvolym.
• Diastoliskt tryck: Sticker gradvis inte ut eller minskar något.
• Genomsnittligt artärtryck: Måttligt ökar, bibehåller vävnadsperfusion.

Respiratoriska reaktioner

• Ventilationen ökar
• Mekanism:
• Tidvattenvolym: Mängden luft som tas in under andningen ökar.
• Andningsfrekvens: Antalet andetag per minut ökar.
• Stimuli:
• Kemoreceptorer: Detekterar ökade nivåer av CO₂ och H⁺.
• Neural input: Signaler från motorisk cortex och proprioceptorer.
• Ökad syreanvändning (VO₂)
• VO₂ max: Maximal kapacitet för syreförbrukning.
• Anpassning: Förbättras på grund av ökad hjärtminutvolym och muskelsyreextraktion.
• Optimering av gasutbyte
• Alveolär ventilation: Förbättrar för att underlätta utbytet av syre och koldioxid.
• Diffusionskapacitet: Ökar på grund av ökad blodvolym i lungkapillärerna.

Integrerade kardiorespiratoriska anpassningar

• Arteriovenös syreskillnad (a-vO₂ diff):
• Definition: Skillnaden i syrehalt mellan arteriellt och venöst blod.
• Anpassning: Ökar under träning då muskler extraherar mer syre.
• Syretillförsel: Koordinerade kardiorespiratoriska svar säkerställer tillräcklig syretillförsel för att möta muskelbehov.

Att förstå träningens fysiologi ger insikter i hur kroppen reagerar och anpassar sig till fysisk aktivitet. Muskelkontraktion på cellnivå involverar komplexa processer som drivs av ATP, som regenereras genom separata energivägar beroende på aktivitetens intensitet och varaktighet. Kardiorespiratoriska system genomgår betydande förändringar för att stödja ökade metaboliska krav, vilket framhäver kroppens imponerande förmåga att upprätthålla homeostas under träning.

Länkar

McArdle, WD, Katch, FI, & Katch, VL (2015). Träningsfysiologi: Näring, energi och mänsklig prestation (8:e upplagan). Lippincott Williams & Wilkins.
Tortora, GJ, & Derrickson, B. (2017). Principer för anatomi och fysiologi (15:e upplagan). Wiley.
Alberts, B., et al. (2015). Cellens molekylärbiologi (6:e upplagan). Garland Science.
Hall, J. E. (2016). Guyton och Hall Lärobok i medicinsk fysiologi (13:e upplagan). Elsevier.
Marieb, EN, & Hoehn, K. (2018). Människans anatomi och fysiologi (11:e upplagan). Pearson.
Brooks, GA, Fahey, TD, & Baldwin, KM (2005). Träningsfysiologi: mänsklig bioenergetik och dess tillämpningar (4:e upplagan). McGraw-Hill.
Hargreaves, M., & Spriet, LL (2006). Träningsmetabolism. Mänsklig kinetik.
Kenney, WL, Wilmore, JH, & Costill, DL (2015). Fysiologi för idrott och träning (6:e upplagan). Mänsklig kinetik.
Powers, SK, & Howley, ET (2012). Träningsfysiologi: teori och tillämpning på kondition och prestation (8:e upplagan). McGraw-Hill.
Berg, JM, Tymoczko, JL, & Stryer, L. (2015). Biokemi (8:e upplagan). W.H. Freeman.
Fitts, R. H. (2008). Cross-bridge-cykeln och skelettmuskeltrötthet. Journal of Applied Physiology104(2), 551-558.
Lehninger, AL, Nelson, DL, & Cox, MM (2017). Lehningers principer för biokemi (7:e upplagan). W.H. Freeman.
Jeukendrup, A., & Gleeson, M. (2010). Sport Nutrition: En introduktion till energiproduktion och prestanda (2:a upplagan). Mänsklig kinetik.
Berne, R. M., & Levy, M. N. (2010). Kardiovaskulär fysiologi (10:e upplagan). Mosby Elsevier.
Sherwood, L. (2015). Människans fysiologi: från celler till system (9:e upplagan). Cengage Learning.
Guyton, AC, & Hall, JE (2015). Lärobok i medicinsk fysiologi (13:e upplagan). Elsevier.
Poole, DC, & Erickson, HH (2011). Kardiovaskulär funktion och syretransport: svar på träning och träning. Omfattande fysiologi1(1), 675-704.
West, J.B. (2012). Respiratorisk fysiologi: det väsentliga (9:e upplagan). Lippincott Williams & Wilkins.
Forster, HV, & Pan, LG (1994). Bidrag från centrala och perifera kemoreceptorer till det ventilatoriska svaret på CO2/H+. Årlig översyn av fysiologi56(1), 159-177.
Bassett, DR, & Howley, ET (2000). Begränsande faktorer för maximal syreupptagning och bestämningsfaktorer för uthållighetsprestanda. Medicin och vetenskap inom sport och träning32(1), 70-84.

← Föregående artikel Nästa artikel →

• Muskelsystemets anatomi och funktioner
• Träningsfysiologi
• Principer för fysisk kondition
• Kroppssammansättning
• Metabolism och energibalans

Tillbaka till toppen