Kad sporta ārstam tiek uzdots jautājums par anaerobās slodzes sekām, tradicionāli tiek runāts par pienskābi, attiecīgiem muskuļu sāpju sindromiem pēc fiziskas slodzes un ar to saistītām problēmām. Šajā rakstā aplūkosim jautājuma bioķīmisko būtību, jo ne tikai pienskābe ir tas produkts, kas rodas vai piedalās anaerobajās slodzēs. Pieskarsimies arī muskuļu sāpju sindromu iespējamajiem iemesliem pēc treniņa, jo ne tikai pienskābe var būt to izraisītāja. Ņemot vērā pašreizējo vēsturisko brīdi – Latvijas neatkarības atjaunošanas 20. gadadienu –, ārpus jautājuma teorētiskās un praktiskās nozīmes atļaušos pievērsties arī vārdu savienojuma “anaerobās slodzes sekas” pārnestajai nozīmei.
Enerģijas vielmaiņa slodzes laikā
Fiziskas slodzes laikā organisma prasības pēc enerģijas krietni pieaug. Vidējas līdz augstas intensitātes riteņbraukšanas (kas var būt arī labi motivētiem amatieru riteņbraucējiem brīvdienu sacensību laikā) vai maratona skrējiena laikā organisma prasības pēc enerģijas pieaug 20-30 reižu. Intensīvāku slodžu gadījumā, piemēram, sprinta laikā vieglatlētikā vai peldēšanā, organisma kopējais enerģijas sintēzes līmenis paaugstinās pat virs 120 reizēm - ja salīdzina ar vielmaiņu mierā stāvoklī. Regulāri trenējoties, vielmaiņas kopējais līmenis mierā stāvoklī ir paaugstināts arī bez slodzes. Enerģija tiek sintezēta, izmantojot dažādus bioķīmiskas sintēzes ceļus, to sastāvs un relatīvā nozīme atkarīga no cilvēka fizisko darbspēju līmeņa un arī no fiziskās slodzes īpatnībām.
Anaerobā alaktāta sistēma
Pie augstas intensitātes īslaicīgas slodzes muskuļi savu darbību veic praktiski ekskluzīvi (par 99%) uz anaerobās alaktāta sistēmas rēķina. Par pamata enerģijas substrātu kalpo adenozīntrifosfāts (ATP) un kreatīnfosfāts jeb fosfokreatinīns (PCr). Abas šīs vielas ir deponētas muskuļos, to kopējais daudzums atkarīgs no kopējās muskuļu masas (īpaši daudz ATP un PCr ir baltajās jeb "neelpojošajās" muskuļu šūnās), no cilvēka trenētības pakāpes, dzimuma, iedzimtības un uztura. Enerģija tiek ražota ātras fosfora makroerģiskās saiknes pārraušanas reakcijas dēļ. Tas notiek bez skābekļa klātbūtnes, pienskābe neveidojas.
1. attēls
Sirdsdarbības frekvences pieraksts pirmajā treniņā: intervāla skrējiens 3 x 500 m, 2 x 1000 m, 1 x 2000 m, 2 x 1000 m un 3 x 500 m
Šāds enerģijas veidošanās paveids ir aktuāls pie tādām fiziskas aktivitātes formām un sporta veidiem, kad nepieciešama eksplozīva īslaicīga darbība, proti, svarcelšanas, sprinta, šķēpmešanas, lodes grūšanas, diska vai vesera mešanas, tāllēkšanas un augstlēkšanas vieglatlētikā, ieskrējiena bobslejā, starta kamaniņu sportā, sitienu sērijas karatē, boksā, kikboksā, teikvando, volejbola spēles epizodēs. Tās var būt ātras intensīvas darbības hokejā, futbolā, basketbolā, rokasbumbā, kā arī vairākos citos sporta veidos.
Šāds enerģijas sintēzes paveids strauji un īslaicīgi ieslēdzas arī pie ilgstošām slodzēm, piemēram, kad orientēšanās sacensību laikā jāuzskrien pakalnā vai riteņbraukšanas sacensību laikā ātri jāapdzen pretinieks. Tad anaerobā alaktāta sistēma ātri un īslaicīgi papildina pamata aerobo vielmaiņu.
Gadījumā, ja cilvēks turpina darbu šādā intensīvā režīmā, ATP iegūšanai būs nepieciešami papildu avoti. Ja tas nenotiks, vairākumā gadījumu cilvēkam tomēr vajadzēs samazināt slodzes intensitāti, jo enerģijas substrāta trūkuma dēļ viņš nevarēs uzturēt iepriekš sasniegto darba jaudu. Mazinoties slodzes intensitātei, līdz ar aerobo vielmaiņu ATP ātri resintezējas, tomēr ne līdz pirmsslodzes līmenim. Klīnikā agrāk mēģināja papildināt pacienta ATP krājumus ar to infūziju (piemēram, kardioloģijā, dzemdniecībā), tomēr šī metode izrādījās relatīvi mazefektīva. Secinājums: jāveicina ATP sintēze, nevis jāpiegādā tā no ārienes.
Lai noteiktu ATP un PCr koncentrāciju muskuļos, izmanto biopsijas metodi. Tomēr, ņemot vērā biopsijas invazīvo iedarbību, kas īpaši izteikta, veicot to sportistam ar labi attīstītu muskulatūru, šobrīd izmanto arī citas metodes, piemēram, nedaudz modificētu muskuļu kodolmagnētisko rezonansi. To izvēlas, izmeklējot ATP un PCr koncentrāciju muskuļos, pētot pēcslodzes muskuļu šūnu traumatizācijas sekas, muskuļu vielmaiņu, sirds-asinsvadu sistēmas funkcionālās darbspējas muskuļu darbības kontekstā.
Teorētiski darba sekas anaerobajā alaktātā parasti nav klīniski nozīmīgas. No sportiskā rezultāta viedokļa būs svarīga sasniegtā jauda (kustību ātrums, ķermeņa paātrinājums, paceltā masa utt.). Šādu darbību gadījumā paaugstinās mīksto audu akūto traumu risks (muskuļu, cīpslu pārrāvumi). To lokalizācija atkarīga no konkrētā aktivitātes paveida.
2. attēls
Sirdsdarbības frekvences pieraksts otrajā treniņā: skrējiens 10 reizes pa 400 m
Anaerobā laktāta sistēma
Vienu līdz trīs minūtes veicot maksimāli intensīvu darbību, enerģija muskuļos sintezējas lielākoties uz šīs sistēmas rēķina. Glikozes molekulas noārdās muskuļu šūnu citozolā - ārpus mitohondrija. Reakcija notiek ātri un bez skābekļa klātbūtnes, rezultātā veidojas pienskābe (laktāts). No kopējās enerģijas ražošanas viedokļa jauda šai sistēmai ir gandrīz uz pusi (līdz 45%) zemāka nekā anaerobajai alaktāta sistēmai.
Tas, ka pienskābe sāk veidoties muskuļos, nenozīmē, ka tā uzreiz sāk akumulēties organismā. Pienskābe lielā mērā tiek izmantota citos muskuļos vai arī strādājošā muskuļa citās muskuļu šķiedrās. Tie būs konkrētās slodzes ietvaros mazāk aktīvi muskuļi vai muskuļu šķiedras ar pamata "elpojošo" sarkano struktūru. Lielā mērā pienskābi par enerģijas avotu izmanto miokards. Aknās no pienskābes resintezējas glikoze.
Tomēr, ja slodzes intensitāte ir augsta, pienskābe sāk eksponenciāli akumulēties asinīs. Maksimāls laktāta līmenis būs atkarīgs no cilvēka (sportista) anaerobās jaudas. Laboratoriski slodzes intensitātes līmeni iespējams noteikt, kad laktāta līmenis asinīs sāk pieaugt un kad tas sāk augt eksponenciāli (asins laktāta slieksnis). Ir iespējams arī noteikt pienskābes maksimālo koncentrāciju asinīs - veicot maksimālu testēšanu anaerobos apstākļos. Parasti testējot nosaka arī izelpotā gaisa saturu. Tā var būt testēšana uz veloergometra, slīdoša celiņa, uz sporta veidam specifiska trenažiera vai arī reālas slodzes laikā sporta zālē vai stadionā. Kontrolējot O2 un CO2 koncentrāciju, var noteikt aerobās un anaerobās vielmaiņas jeb elpošanas sliekšņus. Šāda paralēla bioķīmiskā un gazometriskā kontrole ļauj precīzāk noteikt fizioloģiskas pārmaiņas organismā fiziskas slodzes laikā vai tās rezultātā.
Jo cilvēkam zemākas kardiorespiratorās darbspējas, jo pie zemākas slodzes intensitātes viņa asinīs sāk uzkrāties pienskābe. Piemēram, netrenētiem cilvēkiem tie var būt ap 55% no maksimālā skābekļa patēriņa, kas ir pietiekami zems slodzes līmenis. Tas nozīmē, ka pie relatīvi neintensīvas slodzes cilvēkam asinīs sāk uzkrāties pienskābe - un tā būs potenciālais iemesls slodzes pārtraukšanai. Ar regulāriem, pamatā aerobā rakstura treniņiem lielā mērā var palielināt arī anaerobās vielmaiņas (laktāta) sliekšņa līmeni. Jo šis līmenis augstāks, jo lielāku jaudu cilvēks var attīstīt bez laktāta uzkrāšanās - tādējādi palielinot sava organisma aerobās darbspējas, kas no enerģijas ražošanas viedokļa ir visefektīvākais veids. Trenētiem sportistiem izturības sporta veidos laktāta slieksnis ir ap 80-90% no maksimālā skābekļa patēriņa.
3. attēls
Sirdsdarbības frekvences pieraksts trešajā treniņā: intervāla skrējiens 400 m, 600 m, 800 m, 1000 m, 800 m, 600 m, 400 m
Anaerobā laktāta sistēma ir enerģijas pamatavots, kad sportists skrien 800-1500 metru distanci, peld 100-200 metru. Šajos gadījumos jau starta mirklī anaerobā laktāta sistēma kļūst var vadošo enerģijas sintēzes sistēmu. Tā tas būs orientieristam, kas skries augstākajā pakalnā, riteņbraucējam vai maratonistam, kas, apdzenot sāncenšus, veiks garāko paātrinājumu vai arī finišēs. Šajos gadījumos anaerobā laktāta sistēma daļēji aizvietos pamata strādājošo aerobo sistēmu. Citi šādas slodzes piemēri: vienas maiņas spēle hokejā, garāka futbola spēles epizode, intervāla treniņš uz bodibaikiem fitnesa centrā/vingruma klubā.
Tomēr fitnesa līmeņa jeb "veselības" sportistiem anaerobās laktāta slodzes parasti nav ieteicamas, īpaši iesācējiem. Šādas slodzes gadījumā pieaug gan dažādu traumu risks (asinīs akumulētās pienskābes dēļ pasliktinās koordinācija, līdzsvars, mainās reakcijas laiks), gan arī krietni paaugstinās iespējamo kardiovaskulāro komplikāciju risks. Ir nepieciešams laiks (mēneši vai gadi), kamēr organisms tādai slodzei spēs adaptēties. Šādas slodzes mazāk ieteicamas arī bērniem pirmspubertātes vecumā, jo viņiem vēl nav attīstījušies par šo sistēmu atbildīgie fizioloģiskie elementi.
Lielā mērā sportista spēja attīstīt jaudu saistīta ne tikai ar tīri fizioloģiskiem, bet arī ar psiholoģiskiem faktoriem. Jo vairāk sportists var "paciest" ļoti grūtu darbību, jo ilgāk šādā subjektīvi smagā režīmā viņš varēs atrasties, jo labāku rezultātu galu galā uzrādīs. Nozīme ir arī asins buferu sistēmai.
Anaerobo treniņu piemēri redzami 1., 2. un 3. attēlā: sirdsdarbības frekvences pieraksts (ar Polar sirds ritma monitoru) slodzes laikā. Amatieru maratona skrējējs, 35 gadus vecs vīrietis, bija veicis intervāla treniņus. Pirmais treniņš (1. attēls) - intervāla skrējiens 3 x 500 m, 2 x 1000 m, 1 x 2000 m, 2 x 1000 m un 3 x 500 m. Otrais treniņš (2. attēls) - skrējiens 10 reižu pa 400 m. Trešais treniņš (3. attēls) - intervāla skrējiens 400 m, 600 m, 800 m, 1000 m, 800 m, 600 m, 400 m. Visi trīs treniņi konkrētajam cilvēkam virzīti uz anaerobās laktāta sistēmas attīstīšanu. Treniņu efekts uz dažādām enerģijas sintēzes sistēmām vienmēr atkarīgs arī no cilvēka trenētības pakāpes. Piemēram, otrais treniņš labi trenētam vieglatlētam sprinterim būtu uzskatāms arī par anaerobās alaktāta sistēmas treniņu. Tomēr amatierim, ņemot vērā viņa zemākās darbspējas, arī šis būs anaerobās laktāta sistēmas treniņš.
Cita šādas slodzes īpatnība ir tā saucamais skābekļa parāds. Pēc finiša cilvēkam vēl kādu laiku būs pastiprināta elpošana - būs nepieciešams papildu skābeklis, lai kaut daļēji oksidētu slodzes laikā uzkrāto pienskābi. Pēc īsākas slodzes anaerobā laktāta režīmā skābekļa parāds neveidojas, jo enerģijas sintēze notiek uz ATF un PCr rēķina bez skābekļa klātbūtnes.
Muskuļu sāpju iemesli
Ir zināms, ka laktāts - proti, skābe - kairina muskuļu audu receptorus un izraisa sāpes. Šādas sāpes, kas var ilgt vienu divas dienas pēc treniņa, vairākumā gadījumu ir fizioloģiskas. Laktātam akumulējoties audos, pēc anaerobā treniņa var rasties sāpes. Bez laktāta par sāpju iemeslu var būt reģionāla pastiprināta asins plūsma (audos intensīvi notiek glikogēna resintēzes, olbaltumvielu sintēzes un citas bioķīmiskās reakcijas), var būt paaugstināts intrafasciālais spiediens muskuļos, kā arī sāpes var rasties muskuļu mikrotraumatizācijā "palaistas" iekaisuma reakcijas dēļ.
Tā saucamie vēlīna sākuma muskuļu sāpju sindromi, kas parādās vēlāk - divas trīs dienas pēc treniņa - un turpinās īslaicīgi, arī vairākumā gadījumu uzskatāmi par fizioloģiskiem jeb labdabīgiem.
Tomēr vajadzētu atcerēties, ka muskuļu sāpju sindroms var būt saistīts arī ar citu orgānu sistēmu darbības traucējumiem vai ar konkrētām saslimšanām, proti, ar neiroloģiskiem, asinsvadu, kardiovaskulāriem, reimatoloģiskiem, ortopēdiskiem un citiem traucējumiem. Svarīga ir mioskeletālās sis tē mas kopējā attīstības pakāpe un līdzsvars. Dažreiz nepieciešama diferenciāla diagnostika starp muskuļu sāpju sindromu un, piemēram, skeleta sāpēm pie osteoartrīta vai spondilozes. Muskuļu sāpju sindromu iemesli bieži ir dažādie muskuļu disbalansi, kas veidojas atbilstīgi cilvēka mioskeletālās sistēmas stāvoklim un ikdienas slodzei, toskait arī sporta nodarbībām.
Arī kumulatīvas (pārslodzes) traumas, kas rodas, gadiem ilgi summējoties mikrotraumām, izraisa simptomus, kuru pamatā ir sāpes. Tomēr šādas traumas klīniski vairāk skar nevis muskuļus, bet cīpslas, saites un to piestiprināšanās vietas.
Aerobās vielmaiņas veicināšana
Aerobā vielmaiņa no enerģijas sintēzes efektivitātes viedokļa ir vairākkārt pārāka par anaerobo. Nav neviena "ideāla" aerobās vielmaiņas veicinātāja, tāpēc ir virkne dažādu pieeju - gan farmaceitisku, gan fizisku, gan arī citu veidu -, kā tiek mēģināts to uzlabot.
Tiek domāts par enerģijas substrātu. Piemēram, meldonijs daļēji pārdala vielmaiņu par labu ogļhidrātiem. Tas nozīmē, ka daļēji tiek bloķēta garo ķēžu taukskābju caurkļūšana mitohondriālajai membrānai, rezultātā vairāk tiek izmantots (oksidējas) laktāts/piruvāts (pamatā tie pārstāv ogļhidrātu metabolismu). Oksidācijas procesā ogļhidrāti prasa mazāk skābekļa nekā tauki. Rezultātā tiek veicināta aerobās enerģijas ražošana relatīva skābekļa bada apstākļos. Sportistiem to vienmēr sasaista ar fiziskās slodzes intensitāti. Proti, lielāka nozīme preparātam būs pie intensīvākām slodzēm, kas tuvojas anaerobajam darbam, mazāka nozīme - tikai aerobas izturības darba gadījumā.
Vēl viens labi pazīstams veicinātājs ir ubihinons (vai plaši reklamētais koenzīms Q10 ), kas arī darbojas mitohondriālās membrānas līmenī, veicinot aerobo vielmaiņu. Ir dati par ubihinona pozitīvu inotropu un citu darbību slimniekiem ar hronisku sirds mazspēju, kā arī citām slimnieku grupām. Tomēr tas ir vēl viens piemērs tam, ka fizioloģiskajā līmenī veicināšana tiešām notiek, tomēr klīniski tā ne vienmēr izpaužas. Reiz, pēc Nobela prēmijas iegūšanas ķīmijā par Q10 atklāšanu, tika lēsts, ka tas būs jaunības eliksīrs, jo universāli veicina aerobo vielmaiņu. Tomēr no fizioloģijas ir zināms, ka aeroba vielmaiņa ir sarežģīts kaskāžu process; tās veicināšana vienā posmā ne vienmēr nozīmē, ka uzlabosies kopējais rezultāts.
Ir virkne fizisko/fizikālo metožu, kad, veicinot reģionālo asins plūsmu, uzlabojas to apgāde ar skābekli un aerobā vielmaiņa (masāžas, fizikālās terapijas metodes, fizioterapija un tamlīdzīgi). Vērts pieminēt hiperbāriskās oksigenācijas lietderīgumu. Diemžēl Latvijā tā nav plaši izmantota metode, lai gan būtiski ļauj uzlabot organisma oksigenāciju. Tiesa, jāatceras par iespējamām blaknēm, viena no tām - reaktīvās skābekļa formas veidošanās ar sekojošu oksidatīvo stresu. Iemesli ir daļēji līdzīgi tiem, kāpēc mēģina izvairīties no tīra vai koncentrēta skābekļa došanas slimniekiem. Atkal - "vairāk" nenozīmē "labāk".
Arī asins aerobās kapacitātes uzlabošana, sirds-asinsvadu sistēmas darbības normalizācija veicina audu apgādi ar skābekli - un tas ir klīniski visnozīmīgākais fakts.
Pasaulē tiek mēģināts ar gēnu palīdzību veicināt mitohondriju skaita pieaugumu, kas būtiski palielinātu organisma aerobo kapacitāti. Pētījumu līmenī šādas metodes darbojas. Savstarpēji salīdzinot aerobās vielmaiņas veicinātājus, vislielākā nozīme ir tieši gēniem jeb iedzimtībai. Mitohondriju skaitu nedaudz palielināt iespējams arī ar izturības treniņiem.
Literatūra
Mc Ardle WD, Katch FI, Katch VL. Exercise Physiology: Energy, Nutrition & Human Performance. Sixth edition. Lippincott Williams&Wilkins, Philadelphia, 2007.
Bangsbo J, Michalsik L. Aerob och anaerob träning. SISU idrottsböcker, 2004.
Shephard RJ, Åstrand PO. Endurance in Sport. Second edition. The encyclopaedia of sports medicine. An IOC medical commission publication in collaboration with the International federation of sports medicine. Blackwell science, Oxford, 2000.
Anaerobās slodzes sekas pārnestajā nozīmē jeb Kāpēc ārsti tiek sodīti par savu izglītību
Dr. Pāvels Mustafins
No fizioloģijas zināms, ka organisma kontekstā no skābekļa bada jeb anaerobās slodzes visvairāk cieš nervu sistēma un īpaši tās organizatoriski vissmalkākā daļa - galvas smadzeņu garozas līmenis. Tāpat zināms, ka šī ir organisma sastāvdaļa, kas vada un organizē visa organisma darbību kopumā. Skābeklis kopā ar glikozi un citām vielām baro centrālo nervu sistēmu, tādējādi nodrošinot visa organisma nepārtrauktu un pēctecīgu darbību.
Jebkādas sistēmas - arī medicīnas - ietvaros skābekli var salīdzināt ar attieksmi jeb nozīmīgumu, ko velta sistēmas atsevišķiem elementiem (medicīnas specialitātēm). Skaidrs, ka nozīmīgumu nosaka sistēmas darbības režīms (valsts stāvoklis) un arī barošanas (budžeta sadales) produktu pieejamība un kvalitāte. Tāpat ir skaidrs, ka ikviena specialitāte (līdzīgi arī individuāls ārsts vai medicīnas darbinieks) cenšas savu nozīmīgumu palielināt.
No sistēmu veidojošiem elementiem varētu tapt izdalīti divi pamatkomponenti: nemateriālie (cilvēki, viņu izglītība, profesionālās iemaņas, kvalifikācija, intuīcija) un materiālie (aprīkojums, atalgojums). Pašreizējās "medicīnas reformas" ietvaros nemateriālām vērtībām uzmanība veltīta netiek. Ja no reorganizētās Rīgas 1. slimnīcas būtu iznests un Brīvības ielā izmests kodolmagnētiskās rezonanses aparāts, to būtu pamanījuši ne tikai turpat netālās Veselības ministrijas pārstāvji, bet visa valsts. Problēma tiktu plaši apspriesta un, iespējams, taptu ieskicēti tās risināšanas iespējamie ceļi. Pašlaik no darba Latvijā tiek atbrīvoti mediķi - arī augsti izglītoti, un tas tiek dēvēts par reformu jeb optimizāciju un tiek uzskatīts par normu. Ja sistēma pašreizējās optimizācijas ietvaros atļaujas diskriminējoši (izvēles kārtā) atlaist no darba pat ārstus ar divām specializētām (!) augstākajām izglītībām un gadiem krātu pieredzi, tas nudien ir vērā ņemams, pasaules praksē līdz šim neizmantots know how - kāpēc gan ar galvas smadzeņu rezekciju (izglītoto cilvēku atlaišanu) nesamazināt cilvēka ķermeņa masu (medicīnas nozares budžetu) par aptuveni vienu kilogramu?!
Darbojoties anaerobos apstākļos, skābekļa bads nav akūts, drīzāk hronisks - tas novērots ne tikai pēdējos gados. Neesot vajadzīgi pētījumi par fizisko slodžu veselības aspektiem, ar veselību saistītiem fizisko īpašību rādītājiem, kardiorespiratorajām darba spējam, par sporta traumatismu, sporta aktivitātēm atsevišķiem kontingentiem. Šo sarakstu citu medicīnas nozaru pārstāvji noteikti varētu turpināt. Par Latvijas zinātnes stāvokli nemaz nerunājot. Ir izveidojies circulus vitiosus ...
