Acidul
lactic –
partea a doua
Nivelul
lactatului
in sange in
timpul efortului Formarea
piruvatului este un punct important in care se exercita controlul
fluxului metabolic. Aceasta pentru ca piruvatul odata format, poate
se urmeze mai multe cai cum ar fi: prin decarboxilare sa intre in
ciclul Krebs si sa fie oxidat pana la CO
2 si apa
cu
producere de energie, sa fie convertit in acetaldehida formand in
final alcoolul, sa formeze lactatul sau finalmente prin transferul
unei grupari amine sa fie transformat in alanina.
In
conformitate cu legea maselor, in cadrul reactiilor chimice,
cantitatea substratului asupra careia actioneaza enzima, determina
directia in care are loc reactia. Mai simplu spus, substratul care se
gaseste in cantitate mai mare intr-un moment dat, are sanse mai mari
de a se combina cu enzima pentru care acesta are afinitate, in
competitie cu alti substrati sau enzime, in conditiile in care
produsul rezultat prin combinarea sa cu enzima este in cantitate
scazuta.
In
exemplu de mai sus se poate deduce cu usurinta faptul ca, in conditii
anaerobe, in care cantitatea de NADH+H
+ creste
foarte
mult, piruvatul nu va mai intra in ciclul Krebs continuand calea
aeroba de metabolizare a sa, ci va forma lactatul prin reactia
NADH+H
+ cu enzima lactat dehidrogenaze.
In
studiul lui Bangsbo et al (1992), eliberarea lactatului in sange a
crescut proportional cu intensitatea exercitiului. In studiul lor ei
au folosit din nou extensia unui picior din asezat intr-un scaun
special destinat efectuarii acestui exercitiu.
Folosirea
acestui tip de exercitiu
este recomandata de faptul ca permite o foarte buna izolare a
grupelor musculare angrenate in efort si care urmeaza a fi
investigate foarte complex. Aceasta investigare este facuta prin
folosirea de diferiti cateteri ce sunt introdusi in artera si vena
femurala pentru masurarea vitezei de curgere a sangelui a
temperaturii si/sau compozitiei acestuia in ceea ce priveste
substantele urmarite a fi analizate. De asemenea luarea biopsiilor
musculare sunt avantajate de suprafa mare de muschi expusa in acest
sens.
Desi
in acest studiu grupul de
cercetatori au investigat efectul pe care il are o dieta bogata in
carbohidrati asupra lizei glicogenului si glicolizei in timpul
efortului fizic, cresterea lactatului din sange corespunzatoare
cresterii intensitatii efortului se poate observa foarte bine (Tabel
1.).
Tabel
1.
Cresterea intensitatii efortului mareste valoarea lactatului din
sange.
Intensitate
| Viteza
de eliberare a |
(W) | |
lactatului
(mM min-1) |
| | CON |
CARB↑* |
10 |
|
0.09
± 0.05 |
0.00
± 0.07 |
20 |
|
0.01
± 0.11 |
0.29
± 0.17 |
40 |
|
1.50
± 0.5 |
2.39
± 1.47 |
68 |
| 11.3
± 1.62 |
12.3
± 1.09 |
*
dieta bogat in carbohidrati |
|
Dupa
cum se poate
observa cu
usurinta, eliberarea de lactat este strans legata de intensitatile
ridicate ale efortului. Aceasta este de altfel si realitatea unanim
acceptata de toti specialistii in domeniu. Eforturile relativ scurte
si intense cum ar fi cele din alergarile de viteza pe 200, 400 si 800
de metri plat, precum si alternarea eforturilor maximale si
submaximale din fotbal, handbal, baschet, dar si alte sporturi,
determina cresterea lactatului in sange.
Legat
de eliminarea lactatului in
sange care de fapt reflecta activitatea transportorilor acestuia la
nivelul membranei celulare, in studuil lui Pilegaard et al (1999) s-a
putut constata adaptarile care au loc in cea ce priveste dinamica
lactatului in timpul efortului.
Ei au
supus subiectii
la 8
saptamani de antrenament efectuand acelasi exercitiu descris mai sus
la intesitati ridicate . Rezulatele obtinute sunt prezentate in
tabelul 2. Interesant de observat ca acest antrenament de mare
intensitate a determinat cresteri nu numai a factorilor implicati in
sustinerea efortului de mare intensitate, dar si cantitatile de
enzime specifice producerii aerobe a energiei au crescut. Aceasta
impreuna cu cresterea transportatorilor monocarboxilati (TRM) pot
indica o crestere a ponderii sistemului aerob de producere a energiei
pentru aceasi intensitate maximala de efort. Acesta poate fi de fapt
si motivul pentru care de exemplu, un atlet are un nivel mai scazut
al lactatului in sange decat o persoana sedentara pentru aceasi
intensitate maximala sau submaximala de efort.
Tabel
2.
Adaptarile produse de 8 sapt de antrenament de mare intensitate
asupra enzimelor
fosfofructokinaza
(PFK), citrat sintaza (CS), lactat
dehidrogenaza (LDH)
si transportorilor de
lactat, transportor
monocarboxilic
(TRM).
| PFK |
CS |
LDH |
TRM 1 |
TRM 4 |
| | | | % |
% |
Neantrenat |
106
± 6 |
38
± 2 |
556
± 60 |
100 |
100 |
|
|
|
|
|
|
Antrenat |
121
± 15 |
45
± 1 |
598
± 107 |
170
± 32 |
133
± 10 |
In
tabelul 3, se poate
vedea si
influenta asupra conversiei fibrelor musculare, in ceea ce priveste
tipul acestora, a intensitatii mari a efortului. Se observa cresterea
procentajului de fibre de tip II A in dauna celor de tip IIB. Si
aceasta este o teorie foarte mult dezbatuta astazi, tema conversiei
fibrelor musculare. In orice caz, se poate face o paralela intre
ponderea fibrelor musculare de tip II recrutate in efort si
cantitatea de lactat din sange.
Tabel
3. In
acest tabel se poate observa cum efortul de mare intensitate poate
determina
cresterea procentajului de fibre musculare de tip IIA, a caror
recrutare predomina
in cadrul acestui tip de efort.
Distributia
tipului de |
| Neantrenati |
Antrenati |
fibra
musculara (%) |
| | <small></small> |
I |
|
64.4
± 4.2 |
63.3
± 8.8 |
IIA |
|
22.1
± 3.7 |
27.0
± 3.8 |
IIB |
|
13.2
± 2.9 |
9.1
± 3.4 |
Suprafata
ocupata (µm2) |
|
|
|
I | |
5.571
± 788 |
5.914
± 675 |
IIA |
|
6.545
± 1.022 |
6.923
± 1.274 |
IIB |
| 6.118
± 1.370 |
6.605
± 1.407 |
In
Bangsbo et al
(1995) a fost
studiat nivelul de absorbtie al lactatului de catre grupele musculare
care nu sunt angrenate in efort in timpul exercitiului. Descoperirile
lor au fost interesante.
S-a
stabilit ca, absorbtia lactatului
in grupele musculare inactive a crescut proportional cu viteza de
curgere a sangelui si ca, intrarea lactatului in celulele musculare
respective are loc cu aceasi amplitudine ca aceea a H
+,
demonstrand activitatea TRM.
Pentru
a intelege mai bine acestea
sunt necesare cateva precizari despre conditiile de efort.
In
acest experiment subiectii au efectuat in primele doua parti un
exercitiu doar cu bratele, a doua serie de repetari fiind mai
intensa, iar in a treia parte, extensia piciorului a fost urmata fara
pauza de 4 serii de lucru a bratelor. Pe tot timpul exercitiilor
activitatea musculara precum si viteza de curgere a sangelui in
piciorul inactiv, de control, au fost atent monitorizate.
Dupa
o initiala acumulare a
lactatului in muschii inactivi, s-a observat diminuarea acesteia,
ceea ce indica intensificarea metabolizarii acestuia de catre muschi,
fie prin oxidare cu producere de energie fie prin convertirea
acestuia in malate.
O
alta interesanta descoperire a fost cresterea CO
2
eliminat
la nivelul plamanilor. Proportia dintre CO
2
eliminat si O
2
consumat fiind mai mare decat 1, ceea ce indica ca, s-a eliminat o
mai mare cantitate de CO
2 decat cea produsa prin
oxidare
la nivelul celulelor. CO
2 format in exces,
provine de la
combinarea lactatului cu bicarbonatul HCO
-3,
reactie care are loc in vederea reducerii aciditatii ridicate
determinate de acumularea H
+. In figura 1. poate
fi
observat cum pe parcursul aceluiasi exercitiu, curba lactatului nu
isi continua parcursul ascendent, ci se niveleaza si chiar descreste,
indicand ca celulele musculare neangajate in efort, absorb lactatul
si il metabolizeaza.
Fig
1. Eliminarea lactatului (linia curba rosie) si absorbtia acestuia in
muschii inactivi
(linia
curba roz). Se poate vedea ca in muschii inactivi, dupa o prima
crestere curba scade
indicand
absorbtia lactatului de catre acestia. Liniile intrerupta semnifica
trecerea la efectuarea
exercitiului
cu intensitate mai mare. (Bangsbo et al., 1995)
In
figura 2. se poate
vedea o
prezentare schematizata a factorilor care determina valoarea
lactatului in sange in timpul efortului fizic.
Fig
2. Factorii care determina nivelul de lactat din sange in timpul
efortului fizic.
Controverse
legate de
producerea lactatului in timpul efortului fizic
Motivul
care genereaza aceste controverse este asocierea acumularii
lactatului cu cresterea aciditatii din organism. Prin urmare
stabilirea cu precizie a sursei din care provin H+
ar
putea atenua putin din „vina lactatului”. Desi in
cele ce urmeaza
va fi facuta o scurta descriere a surselor de H+
si se va
putea vedea ca provenienta acestora se datoreaza multor cauze,
disocierea lactatului cu eliminare de H+ poate
fi
considerata indiscutabil o principala cauza a cresterii aciditatii in
organsim, care mai departe, duce la aparitia oboselii, prin efectele
pe care le exercita pe tot traiectul desccendent care implica
transmiterea comenzii de la nivelul sistemului nervos central si pana
la partea efectoare, care este muschiul.
Asadar,
asa cum se stie prima sursa
de energie in contractia musculara este molecula de ATP. Hidrolizarea
acesteia elimina energie dar si o grupare fosfat numita inorganic
fosfat Fi si un H+. Acest H+ este
acceptat de
catre fosfatul de creatine FCr care este primul furnizor de fosfati
care regenereaza moleculele de ATP. Prin urmare se poate vedea ca FCr
este alcanizatoare pentru celula musculara.
Cand
insa intensitatea efortului este
mare si durata acestuia mai lunga, „povara”
producerii de energie
o preia sistemul glicolitic anaerob. Substratul acestei cai
metabolice il reprezinta molecula de glucoza fosforilata (G6F).
Interesant la acest punct este faptul ca, daca molecula de glucoza
provine din circulatia sangvina, are loc fosforilarea acesteia prin
cedarea gruparii fosfat de catre ATP si prin urmare eliminarea unui
H+ . Daca glucoza provine din rezervele de
glicogen,
aceasta intra in reactiile glicolizei direct fosforilata, deci un H+
mai putin. Un alt H+ se elimina in formarea
fructozei 1.6
bisfosfat din fructoza 6 fosfat, reactie catalizata de fosfofructikinaza.
Astfel, pana la formarea
piruvatului,
de-alungul reactiilor glicolizei anaerobe, se elimina 2 H+
daca glucoza provine din sange si H+ daca
glucoza provine
din rezervele de glicogen. Trebuie precizat ca acesti H+
sunt localizati in citoplasma celulei si conditioneaza nivelul de
aciditate din celula si nu intra in formarea lactatului. Toti
intermediarii glicolizei sunt produsi ca saruri ale acizilor si nu ca
acizi de sine statatori (11).
Sursa
urmatoare asa cum deja a fost mentionat este formarea lactatului. Nu
mai insist asupra acestui moment, care deja a fost descris. Ce
trebuie mentionat aici este faptul ca, prin acceptarea a doi H+
de catre piruvat, formarea si elimnarea lactatului din celula prin
intermediul TRM poate fi considerata un amortizor al
aciditatii
celulare, desi ulterior, asa cum a fost discutat mai devreme,
disocierea lactatului determina cresterea aciditatii in sange.
Daca
consideram ca, nivelul
aciditatii intracelulare este determinat de proportia producerii H+
si eliminarea acestora din celule si transportul lor in mitocondrii,
atunci, in continuare, aciditatea din organism depinde de capacitatea
de eliminare a H+ de catre sange (HCO3-
si hemoglobina) si ventilatia pulmonara.
Privind
lucrurile prin aceasta prisma
se poate concluziona ca aciditatea rezultata in urma metabolismului
este cauzata in principal de folosirea in special a surselor
nonmitocondriale in speta sistemul fosfagen ATP si FCr si glicoliza
aneroba. Productia de lactat este importanta pentru muschi, pentru ca
asigura NAD+ necesar transportului H+
in
continua productie a ATP-ului in cadrul glicolizei anaerobe.
Aceste
aprecieri pozitive la adresa
lactatului sunt sustinute si de dinamica eliminarii lactatului si H+
din celule obtinuta de Juel et al (2004), in timpul
unui efort
fizic de intensitate progresiva, sustinut pana la epuizare. Asa cum
se poate vedea in figura 3. cantitatea de H+
eliminata de
celule este net superioara lactatului.
Fig
3.
Dinamica eliminarii de lactat si H+ in
cadrulunui efort de
intensitate
progresiva
dus pana la epuizare. Eliminare mai intensa a H+
indica
faptul ca
expulzarea
acestora din celule implica mai multe feluri de mediatori, pe langa
TRM.
O
interesanta „disputa
stiintifica” a avut loc intre doi cercetatori din Australia
Graham
Lamb si George Stephenson, si doi cercetatori danezi de la institutul
de stiinta a exercitiului fizic si sportului din Copenhaga,
Danemarca.
Marul
discordiei l-a reprezentat
ponderea lactatului in aparitia oboselii in timpul efortului fizic.
Primii au fost partizanii ideii ca lactatul nu are nici un efect
negativ care sa cauzeze oboseala musculara, si ca aceasta poate fi
cauzata la orice nivel al cuplarii excitatiei cu contractia
muschiului. Unul din aceste evidente cauze, este acumularea K+
care depolarizeaza membrana celulara afectand asftel contractia
muschiului (10). De asemenea forta de contractie poate fi influentata
de eliberarea ionilor de calciu (Ca2+) din
reticulul
sarcoplasmatic (1). O alta cauza care determina oboseala este si
acumularea produsilor de metabolism cum ar fi: Fi, ADP, Mg2+,
compusii reactivi de O2 si asa mai departe. Ba
mai mult ei
au venit cu un argument „puternic” legat de
cinetica TRM. Valoare
Km* pentru TRM4 care este
predominant in
fibrele musculare de tipul II, generatoare de lactat, este de 20-35
mM, in timp ce Km pentru TRM1
specific fibrelor
oxidative, este mult mai scazut, fiind doar 3-5 mM. Prin urmare,
motivatia lor a fost aceea ca, daca lactatul ar fi nociv pentru
celulele musculare, Km ar fi fost scazut si in
cazul
fibrelor de tipul II, impiedicandu-se astfel acumularea lactatului in
acestea.
In
replica Bangsbo J si Juel C au evidentiat faptul ca, performanta in
extensia piciorului, efectuata dupa un exercitiu intens al bratelor,
a fost redusa, ca urmare a cresterii lactatului din sange, datorate
exercitiului acestora (4). Acest mod de investigare efectului
lactatului in timpul efortului fizic, asupra oboselii musculare, a
fost folosit foarte des.
Motivatia
principala a lor, legata de
performanta scazuta in al doilea exercitiu, a fost faptul ca,
eliminarea lactatului a fost si ea redusa, doar eliminarea H+
avand un traseu ascenedent corespunzator intensitatii extenuante a
efortului. Acest lucru se poate observa in figura 4.
Fig
4. Eliminarea lactatului si H+ la
concentratii diferite al lactatului in sangele
arterial
: doar lucrul bratelor (Ex 1), extensia piciorului precedata de
lucrul bratelor (Ex
2).
Km-
constanta Michaelis, reprezinta gradul de disociere al enzimei, odata
format produsul din substrat, intr-o reactie chimica. Aceasta poate
fi interpretata ca si afinitatea enzimei pentru un anumit substrat.
Cu cat Km este mai mare cu atat enzima
respectiva va
reactiona mai greu cu substratul specific ei si invers
Acumularea lactatului in
celula poate
astfel sa reduca forta de contractie, independent de efectul
scaderii
pH-ului.
Acest efect a
fost insa constatat in cadrul experimentelor efectuate in vitro (5).
O
alta interesanta observatie a lor in cadrul experimentelor facute
prin incubarea unui preparat de fibre musculare intr-o solutie de
lactat, a fost ca, transportul lactatului in celule de catre TRM
determina cresterea concentratiei H
+. Aceasta
poate induce
o schimbare in echilibrul K
+ de-alungul
membranei
musculare si astfel este afectat potentialul electrochimic al
acesteia.
Pe
langa afirmatiile facute de cercetatorii australieni conform carora,
perturbatiile in eliberarea Ca
2+ afecteaza
eficienta
contractiei musculare, partea daneza vine si afirma ca atat lactatul
cat si H
+, s-a descoperit, ca afecteaza negativ
aceasta
etapa deosebit de importanta in contractia musculara (7).
In
final ei accepta ca aciditatea intracelulara scade permeabilitatea
Cl
-1 in sistemul transversal de tubuli, prin
care
propagarea potentialului de actiune determina eliberarea Ca
2+
in celula musculara, producandu-se astfel contractia, in ciuda
depolarizarii induse de K
+ (8). Totusi si aici
trebuie
folosita o oarecare doza de precautie, pentru ca, intr-adevar
conditiile experimentelor efectuate in vitro, cat de mult s-ar vrea
sa semene celor naturale din muschi (in vivo), nu pot imita intr-u
totul mediul natural in care se produce contractia acestora in timpul
efortului.
Ca
si o concluzie generala a celor prezentate in acest articol, se poate
spune ca pe langa efectele benefice pe care formarea lactatului le
are atunci cand de exemplu permite investigarea ponderii glicolizei
anaerobe in producerea energiei, atunci cand constituie sursa pentru
producerea energiei in ficat is in muschii neangajati in efort,
atunci cand prin transportul lui de-alungul membranei celulare si H
+
sunt eliminati din celule scazand aciditatea
intracelulara,
totusi, acumularea de lactat inevitabil este asociata cu cresterea
aciditatii. Nu trebuie insa uitat, eliminarea H
+
este mult
mai intensa decat a lactatului din celule, fiind deja foarte clar ca,
pe langa TRM exista si alti factori implicati in eliminarea acestora.
Deci poate fi spus ca, acumularea de lactat si scaderea pH-ului sunt
cauze ale aparitiei oboselii musculare, dar nu sunt singurele.
Bibliografie
1.
Allen DG. Langnergren J. Westerblad H. (1995). Muscle cell function
during prolonged activity; cellular mechanism of fatugue. Exp
Physiol 80;497-527.
2.
Bangsbo J. Graham T.E. Kiens B. And Saltin B. (1992). Elevated muscle
glycogen and anaerobic energy production during exhaustive exercise
in man. Journal of physiology 451; 205-227
3.
Bangsbo J. Aagard T. Olsen M. Kiens B. Turcotte L.P. and Richter E.A.
(1995) Lactate and H+ uptake in inactive muscles during
intense exercise in man. J of Appl Physiol 488 (10;219-229
4.
Bangsbo J. Madsen K. Kiens B. And Richter EA. (1996). Effect of
muscle acidity on muscle metabolism and fatigue during intense
exercise in men. J Physiol 495:585-596
5.
Hogan MC. Gladden LB. Kurdak SS. And Poole DC. (1995). Increased
lactate in working dog muscle reduces tension development independent
oh pH. Med Sci Sports Exerc 27; 371-377.
6.
Juel C. Klarskov C. Nielsen JJ. Krustrup P. Mohr M and Bangsbo J.
(2004). Effect of high intensity intermittent training on lactate and
H+ release from human skeletal muscle. Am J Physiol
Endocrinol Metab 286;E245-251.
7.
Ma J. Fill M. Knudson CM. Campbell KP and Coronado R. (1988).
Ryanodine receptor of skeletal muscle is a gap junction-type channel.
Science 242:99-102
8.
Pedersen TH, de
Paoli F and
Nielsen OB. (2005). Increased excitability of acidified skeletal
muscle: role of chloride conductance. J Gen Physiol 125:237-246.
9.
Pilegaard H. Domino K. Noland T. Juel C. Hellsten Y. Halestrap A.P.
Bangsbo J. (1999) Effect of high-intensity exercise training on
lactate/H+ transport capacity in human skeletal muscle. American
Physiological Society
10.
Renaud JM. And Light P. (1992). Effects of K+ on the
twitch and tetanic contraction in the sartorius muscle of the frog.
Rana Pipiens .Implications for fatigue in vivo. Can J Physio
Pharmacology 70:1236-1246.
11.
Robergs R.A. Ghiasvand F. And Parker D. (2004). Biochemisty of
exercise-induced metabolic acidosis. American Physiological
Society.
