Năng lượng của sự co cơ

Bài viết của Thạc sĩ, Bác sĩ Lê Thị Minh Hương - Bác sĩ Hồi sức - Cấp cứu - Khoa Hồi sức - Cấp cứu - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Nha Trang

ATP là hợp chất giàu năng lượng. Dự trữ ATP trong một bó cơ không nhiều (5mmol/1kg cơ tươi). Để cơ co lâu dài, ATP phải luôn được hồi phục đầy đủ. Năng lượng dùng để phục hồi ATP được tạo ra bằng cách phân giải các chất dinh dưỡng khác như: đạm, mỡ, đường. Năng lượng tự do này sẽ kết hợp một nhóm photphat vào ADP để tạo ATP.

Có 3 hệ thống năng lượng để tái tạo ATP cung cấp năng lượng trực tiếp cho cơ hoạt động, đó là:

• Hệ photphatgen
• Hệ lactic
• Hệ oxy

Trong đó hệ photphagen và hệ lactic là hệ yếm khí, còn hệ oxy là hệ ưa khí. Mức độ tham gia của 3 hệ năng lượng vào việc cung cấp năng lượng để tái tạo ATP phụ thuộc vào công suất và thời gian co cơ, điều kiện hoạt động của cơ và mức độ cung cấp oxy cho hoạt động cơ thể.

Lượng ATP tiêu hao trong co cơ có thể được tái tổng hợp nhờ năng lượng của một hợp chất phosphat giàu năng lượng là CP ( creatinphotphat) chứa trong cơ. ATP và CP đều thuộc nhóm photphagen. Vì vậy hệ năng lượng này được gọi là hệ năng lượng photphagen hay hệ ATP- CP.

Đây là hệ cung cấp năng lượng đầu tiên và nhanh nhất cho cơ hoạt động của cơ thể, không phụ thuộc vào việc cung cấp oxy.

Quá trình phân giải CP cung cấp năng lượng xảy ra nhanh, tốc độ tái tổng hợp ATP lớn nhất đạt được ngay sau giây thứ 2 của hoạt động co cơ. Tuy nhiên, sự dự trữ CP trong cơ lại không lớn. Nồng độ CP trong tế bào cơ vân cao gấp 3-5 lần nồng độ ATP (lúc cơ yên tĩnh ). Hệ photphagen có công suất hoạt động lớn nhất khoảng 36Kcal / phút. Tuy nhiên dung lượng CP ít nên thực tế chỉ có thể cung cấp để tạo ra 5 Kcal nghĩa là đủ để tái tổng hợp 0,5 mol ATP (nên thời gian hoạt động ngắn từ 5 – 10 giây đầu )

Do vậy, vai trò chủ yếu là cung cấp cấp năng lượng cho các hoạt động với công suất tối đa (chạy ngắn, ném, đẩy, nhảy, cử tạ). Năng lượng do nguồn CP cung cấp cho hoạt động cơ trong khoảng thời gian 6-8 giây.

Trong các hoạt động tương đối dài hơn thì cơ thể sử dụng năng lượng để tái tổng hợp ATP và CP bằng cách phân giải yếm khí đường glucose. Phản ứng sẽ sinh ra axit lactic gây độc hại mệt mỏi cơ. Do đó, hệ năng lượng này có tên là hệ Lactic hay còn gọi hệ Glucoz phân.

Cơ chất của hệ năng lượng này là glycogen dự trữ trong cơ, glucose trong máu chuyển vào cơ và glucose từ gan vận chuyển vào máu.

Hệ năng lượng này có công suất nhỏ hơn hệ Photphagen (nhỏ hơn 3 lần hệ photphagen và lớn hơn 1.5 lần hệ oxy)

Trong hoạt động tối đa, sự phân giải glycogen yếm khí cũng chỉ xảy ra không quá 25% lượng glycogen dự trữ. Do vậy, dung lượng của hệ năng lượng lactic cũng không quá lớn.

Sự phân giải glycogen yếm khí trong thực tế xảy ra ngay từ khi bắt đầu hoạt động cơ, song hệ lactic có công suất lớn nhất sau 30 - 40 giây. Vì vậy, hệ lactic có vai trò quyết định việc cung cấp năng lượng trong hoạt động cơ kéo dài 20 giây - 2,5 phút có sự co cơ mạnh và tốc độ cao như chạy 400 -800m, bơi từ 50 -200m. Công suất hoạt động tăng, thời gian hoạt động ngắn, vai trò của hệ năng lượng lactic càng cao.

Trong hoạt động cơ bắp do hệ lactic đảm nhiệm việc cung cấp năng lượng, lượng glycogen trong cơ và trong gan không bao giờ được sử dụng đến mức cạn kiệt. Năng lượng hệ lactic hạn chế không phải do trữ lượng glycogen ít mà là do axit lactic sinh ra đã ức chế các men phân giải glycogen.

Hệ lactic là hệ yếm khí, xảy ra trong các hoạt động có công suất dưới tối đa, khi sự cung cấp oxy thiếu hụt trong thời gian đầu do hệ cung cấp oxy chưa phát huy được công suất của mình và trong các hoạt động tĩnh lực.

Trong các hoạt động cơ bắp có công suất không lớn kéo dài và được cung cấp oxy đầy đủ, tức là trong hoạt động ưa khí, cơ thể sử dụng phản ứng oxy hóa các chất dinh dưỡng như: đường, protein và chất béo để cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động. Hệ năng lượng này được gọi là hệ oxy hóa.

Trong 3 chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng thì vai trò của protid cung cấp năng lượng rất nhỏ mà chủ yếu là glucid và lipid.

Hệ năng lượng oxy hóa này sử dụng 2 chất chính đó là: đường và chất béo để cung cấp năng lượng cho hoạt động co cơ. Hai chất này khác nhau rõ rệt về công suất cũng như dung lượng năng lượng. Vì vậy chúng được sử dụng trong những điều kiện vận động khác nhau.

Sự oxy hóa đường: xảy ra giống như thủy phân glucose trong hệ lactic. Trong trường hợp này, do thiếu oxy nên đường phân yếm khí acid pyruvic sẽ chuyển thành axit lactic. Do quá trình này có oxy nên axit pyruvic không chuyển thành axit lactic mà sẽ tiếp tục bị oxy hóa thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O.

Oxy hoá hoàn toàn một phân tử glucose sẽ tái tạo một lượng ATP nhiều gấp 19 lần so với phân giải glucose yếm khí. Vì vậy hệ oxy có hiệu quả năng lượng lớn hơn nhiều so với hệ lactic yếm khí.

Để phân giải glucose hay glycogen bằng con đường ưa khí, cơ thể cần phải hấp thụ một lượng oxy nhất định và đòi hỏi một khoảng thời gian nhất định để thực hiện quá trình oxy hóa. Do đó công suất của hệ oxy hóa đường thấp hơn so với hệ lactic.

Dung lượng của hệ oxy hóa đường phụ thuộc vào trữ lượng glycogen ở cơ và gan, khả năng tái tạo glucose từ các chất khác (axit lactic, axit amin, axit pyruvic ...) của gan với dung lượng lớn.

Trong khi đó sự phân giải ưa khí chất béo sẽ sinh ra nhiều năng lượng hơn oxy hóa đường. Do mỡ trong cơ thể có trữ lượng rất lớn (trung bình từ 10%-30% khối lượng cơ thể) nên có thể đủ năng lượng cho cơ thể hoạt động liên tục hàng chục ngày.

Tỷ lệ đường và mỡ bị oxy hóa bị phụ thuộc vào công suất của hoạt động ưa khí. Công suất càng lớn thì tỉ lệ oxy hóa đường đóng góp vào việc cung cấp năng lượng càng lớn và tương ứng với nó, phần đóng góp của mỡ càng nhỏ. Trong các hoạt động cơ nhẹ và kéo dài, phần lớn năng lượng được cung cấp bằng sự oxy hóa mỡ.

Trong các hoạt động có công suất lớn, năng lượng chủ yếu do đường cung cấp. Khi hoạt động với công suất tối đa và với thời gian ngắn vượt quá mức ưa khí thì hệ năng lượng lactic bắt đầu tham gia vào hoạt động.

Theo dõi website Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec để nắm thêm nhiều thông tin sức khỏe, dinh dưỡng, làm đẹp để bảo vệ sức khỏe cho bản thân và những người thân yêu trong gia đình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• https://www.uptodate.com/contents/muscle-examination-in-the-evaluation-of-weakness/abstract/1
• Moxley RT 3rd. Evaluation of neuromuscular function in inflammatory myopathy. AU SO Rheum Dis Clin North Am. 1994;20(4):827.
• Đinh Quế Châu- Dương Hữu Long: "Giải phẫu - Sinh lý" NXB Y Học 2004
• Trịnh Văn Minh: Tập tranh giải phẫu người NXB Y Học 1996.