dr n. med. Remigiusz Domin
1) Klinika Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych UMP
2) Uniwersyteckie Centrum Badań Sportowo-Medycznych UMP
Metabolizm substratów energetycznych jest podstawą każdej aktywności fizycznej, od krótkich, intensywnych wysiłków po długotrwałe maratony. Organizm człowieka korzysta z różnych źródeł energii – węglowodanów, tłuszczów, fosfokreatyny, a w pewnym stopniu także z białek. Wybór substratu energetycznego zależy od intensywności, czasu trwania wysiłku, stanu odżywienia oraz poziomu wytrenowania. Warto zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw tego procesu, aby lepiej wykorzystywać potencjał organizmu, zarówno w sporcie, jak i w poprawie zdrowia.
Główne źródła energii w organizmie
Węglowodany
Węglowodany, magazynowane głównie w postaci glikogenu w mięśniach i wątrobie, stanowią preferowane źródło energii podczas wysiłków o średniej i wysokiej intensywności. Mięśnie są w stanie przechowywać około 400 g glikogenu, natomiast wątroba – około 100 g, co w przeliczeniu na energię odpowiada 2000 kcal.
Wysiłek o wysokiej intensywności, taki jak bieganie na dystansie 5 km, powoduje szybkie zużycie glikogenu mięśniowego, który dostarcza glukozy przekształcanej w procesach glikolizy w ATP. W tych warunkach oksydacja węglowodanów jest szybka i efektywna, lecz zasoby glikogenu mogą się wyczerpać już po 60–90 minutach intensywnego wysiłku.
Węglowodany odgrywają kluczową rolę w długotrwałych wysiłkach dzięki możliwości suplementacji, na przykład w postaci napojów izotonicznych lub żeli energetycznych. Suplementacja węglowodanami pozwala na utrzymanie poziomu glukozy we krwi, zapobiegając hipoglikemii i wydłużając czas pracy mięśni.
Tłuszcze
Tłuszcze są największym rezerwuarem energii w organizmie. Trójglicerydy przechowywane w tkance tłuszczowej i mięśniach (IMTG – intramyocellular triglycerides) dostarczają energii głównie podczas wysiłków o niskiej i umiarkowanej intensywności. Proces lipolizy, czyli rozkładu tłuszczu do wolnych kwasów tłuszczowych (FFA), dostarcza substratów do mitochondriów, gdzie zachodzi ich oksydacja.
Podczas długotrwałych ćwiczeń umiarkowanych, jak jazda na rowerze w intensywności do 60% VO₂max, dominującym procesem energetycznym jest spalanie tłuszczów. Maksymalna efektywność tego procesu osiągana jest przy 60–65% VO₂max. U osób wytrenowanych zdolność organizmu do spalania tłuszczu jest wyraźnie zwiększona, co pozwala oszczędzać glikogen i opóźniać zmęczenie.
Fosfokreatyna i mechanizmy anaerobowe
Fosfokreatyna jest szybko dostępnym źródłem energii wykorzystywanym podczas krótkotrwałych, intensywnych wysiłków, takich jak sprinty czy podnoszenie ciężarów. W tych warunkach, fosfokreatyna regeneruje ATP w procesie fosforylacji substratowej. Ten mechanizm pozwala na podtrzymanie pracy mięśni przez pierwsze 10–15 sekund wysiłku, zanim do akcji włączą się inne systemy energetyczne.
Regulacja metabolizmu w trakcie wysiłku
Intensywność wysiłku a wybór substratu
Czas trwania wysiłku
Adaptacje treningowe
Regularny trening wytrzymałościowy prowadzi do adaptacji metabolicznych, które zwiększają zdolność organizmu do efektywnego wykorzystywania substratów energetycznych:
Znaczenie białek jako źródła energii
Choć udział białek w dostarczaniu energii jest niewielki, wzrasta on w warunkach deficytu węglowodanów, na przykład podczas diety ketogenicznej. Aminokwasy (powstające m.in. z rozkładu białek) takie jak alanina mogą być przekształcane w glukozę w procesie glukoneogenezy w wątrobie.
Podsumowanie
Metabolizm substratów energetycznych jest dynamicznym procesem zależnym od rodzaju wysiłku, intensywności i czasu jego trwania. Węglowodany dominują podczas wysiłków o wysokiej intensywności, tłuszcze przy umiarkowanych obciążeniach, a fosfokreatyna wspomaga pracę w krótkotrwałych wysiłkach maksymalnych. Regularny trening pozwala na optymalizację tych procesów, co przekłada się na lepszą wydolność i szybszą regenerację. Zrozumienie tych mechanizmów to klucz do efektywnego treningu i strategii żywieniowej.
1. Hammond, K. M., Fell, M. J., Hearris, M. A. & Morton, J. P. Carbohydrate Metabolism During Exercise. in Muscle and Exercise Physiology 251–270 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016/B978-0-12-814593-7.00011-6.
2. Hargreaves, M. & Spriet, L. L. Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nat Metab 2, 817–828 (2020).
3. Muscella, A., Stefàno, E., Lunetti, P., Capobianco, L. & Marsigliante, S. The Regulation of Fat Metabolism during Aerobic Exercise. Biomolecules 10, 1699 (2020).