Τι συμβαίνει όταν το οξυγόνο στον οργανισμό μας δεν είναι αρκετό για τις ενεργειακές μας ανάγκες;
Κάθε φορά που ένας αθλητής τρέχει, ποδηλατεί ή κολυμπά έντονα, οι μύες του δουλεύουν στο έπακρο. Οι μύες όμως δεν κινούνται «από μόνοι τους»: για να συσταλούν χρειάζονται ενέργεια, και αυτή την ενέργεια την εξασφαλίζουν τα μυϊκά κύτταρα διασπώντας γλυκόζη. Τι γίνεται όμως όταν η ζήτηση ενέργειας γίνει τόσο μεγάλη ώστε το οξυγόνο που φτάνει στους μύες να μην επαρκεί; 🏃♂️💨
Γιατί «ανεβαίνουν» οι παλμοί και η αναπνοή στην άσκηση
Κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης παρατηρούνται δύο εντυπωσιακές αλλαγές στο σώμα:
- Η καρδιά χτυπά πολύ πιο γρήγορα (αυξάνονται οι παλμοί ανά λεπτό, άρα και η κυκλοφορία του αίματος).
- Η αναπνοή γίνεται πιο γρήγορη και πιο βαθιά (αυξάνονται οι αναπνοές ανά λεπτό).
Και τα δύο εξηγούνται από την ίδια αιτία: τα μυϊκά κύτταρα εκτελούν αερόβια κυτταρική αναπνοή με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό απ' ό,τι στην ηρεμία.
- Γιατί αυξάνεται ο ρυθμός της αναπνοής; Επειδή οι μύες καταναλώνουν πολύ περισσότερο οξυγόνο και παράγουν πολύ περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα. Το αναπνευστικό σύστημα δουλεύει εντατικά ώστε να προσλαμβάνεται περισσότερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα και να αποβάλλεται το πλεόνασμα .
- Γιατί αυξάνεται η κυκλοφορία του αίματος; Επειδή το αίμα είναι το «μεταφορικό μέσο». Πρέπει να μεταφέρει πιο γρήγορα οξυγόνο και θρεπτικές ουσίες (γλυκόζη) προς τα μυϊκά κύτταρα και να απομακρύνει πιο γρήγορα το διοξείδιο του άνθρακα και τις άλλες άχρηστες ουσίες από αυτά.
Η αερόβια κυτταρική αναπνοή συνοψίζεται στην εξίσωση:
Σε ηρεμία η καρδιά ενός εφήβου χτυπά περίπου 70-80 φορές το λεπτό, ενώ σε έντονη άσκηση μπορεί να ξεπεράσει τους 180 παλμούς ανά λεπτό. Οι αναπνοές από περίπου 12-16 το λεπτό μπορούν να φτάσουν τις 40-50. Όλα αυτά συμβαίνουν για έναν και μόνο σκοπό: να φτάσει περισσότερο οξυγόνο στα μυϊκά κύτταρα.
Όταν το οξυγόνο δεν φτάνει: η αναερόβια κυτταρική αναπνοή
Υπάρχει ένα όριο. Όσο γρήγορα και αν χτυπά η καρδιά και όσο βαθιά και αν αναπνέει κάποιος, μερικές φορές — σε πολύ έντονη άσκηση — ο οργανισμός δεν μπορεί να εφοδιάσει τους μύες με ικανοποιητική ποσότητα οξυγόνου. Οι μύες όμως εξακολουθούν να χρειάζονται ενέργεια εκείνη τη στιγμή.
Τότε τα μυϊκά κύτταρα αλλάζουν στρατηγική: αρχίζουν να διασπούν ένα μέρος της γλυκόζης χωρίς τη συμμετοχή του οξυγόνου, απελευθερώνοντας έτσι ενέργεια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αναερόβια κυτταρική αναπνοή. Στα μυϊκά κύτταρα του ανθρώπου η γλυκόζη δεν διασπάται πλήρως, αλλά μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ:
Η αναερόβια κυτταρική αναπνοή δεν είναι το ίδιο με το «να μην αναπνέουμε». Ο αθλητής συνεχίζει να αναπνέει κανονικά — μάλιστα λαχανιασμένα. Το «αναερόβια» αναφέρεται στο τι συμβαίνει μέσα στο μυϊκό κύτταρο: εκεί η γλυκόζη διασπάται χωρίς οξυγόνο.
Λιγότερη ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης — αλλά χωρίς έλλειμμα
Ένα βασικό χαρακτηριστικό της αναερόβιας αναπνοής είναι ότι απελευθερώνει πολύ λιγότερη ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης που διασπάται, σε σχέση με την αερόβια. Και είναι λογικό: στην αερόβια η γλυκόζη διασπάται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, ενώ στην αναερόβια διασπάται μόνο μερικώς — το γαλακτικό οξύ που απομένει εξακολουθεί να κρύβει μέσα του ενέργεια που δεν αξιοποιήθηκε.
Πώς όμως καταφέρνει ο μυς να καλύψει τις ανάγκες του; Με ταχύτητα. Τα κύτταρα αυξάνουν πολύ τον ρυθμό εκτέλεσης της αναερόβιας διαδικασίας, διασπώντας πολύ περισσότερα μόρια γλυκόζης στον ίδιο χρόνο. Έτσι, παρόλο που κάθε μόριο δίνει λίγη ενέργεια, το συνολικό ποσό ενέργειας που απελευθερώνεται επαρκεί και δεν δημιουργείται έλλειμμα ενέργειας.
Η αερόβια αναπνοή μοιάζει με το να πληρώνεις με λίγα νομίσματα μεγάλης αξίας. Η αναερόβια μοιάζει με το να πληρώνεις το ίδιο ποσό με πάρα πολλά νομίσματα μικρής αξίας: χρειάζεσαι πολύ περισσότερα «νομίσματα» (μόρια γλυκόζης), αλλά τελικά το ποσό συμπληρώνεται.
Γιατί δεν μπορεί να συνεχιστεί για πολύ
Η αναερόβια κυτταρική αναπνοή είναι μια προσωρινή λύση ανάγκης και όχι μόνιμη λύση. Οι μύες δεν μπορούν να την εκτελούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, για δύο λόγους:
- Παράγονται τοξικές ουσίες. Ταυτόχρονα με την ενέργεια παράγεται γαλακτικό οξύ, το οποίο συσσωρεύεται μέσα στα μυϊκά κύτταρα.
- Προκαλείται μυϊκή κόπωση. Το γαλακτικό οξύ προκαλεί το γνωστό αίσθημα «καψίματος» και πόνου στους μύες, οδηγώντας σε κόπωση και τελικά σε διακοπή της έντονης λειτουργίας των μυών. Ο αθλητής αναγκάζεται να επιβραδύνει ή να σταματήσει.
Επίσης, η αναερόβια αναπνοή είναι σπάταλη: για να δώσει την ίδια ενέργεια «καίει» πολύ μεγαλύτερες ποσότητες γλυκόζης, εξαντλώντας γρήγορα τα αποθέματα του οργανισμού.
Όταν ο δρομέας σταματήσει, συνεχίζει να αναπνέει γρήγορα για αρκετή ώρα. Αυτό συμβαίνει γιατί ο οργανισμός χρειάζεται επιπλέον οξυγόνο για να απομακρύνει το γαλακτικό οξύ που συσσωρεύτηκε. Το «χρέος» σε οξυγόνο που δημιουργήθηκε κατά την άσκηση πρέπει να ξεπληρωθεί μετά από αυτήν.
Σύγκριση αερόβιας και αναερόβιας κυτταρικής αναπνοής
Ομοιότητες
- Και οι δύο είναι μορφές κυτταρικής αναπνοής και συμβαίνουν μέσα στα κύτταρα.
- Και στις δύο διασπάται γλυκόζη, δηλαδή χρησιμοποιούν την ίδια αρχική θρεπτική ουσία ως «καύσιμο».
- Και οι δύο απελευθερώνουν ενέργεια, την οποία τα κύτταρα αξιοποιούν για τις λειτουργίες τους (π.χ. συστολή των μυών).
Διαφορές
| Χαρακτηριστικό | Αερόβια κυτταρική αναπνοή | Αναερόβια κυτταρική αναπνοή |
|---|---|---|
| Οξυγόνο | Απαιτείται | Γίνεται χωρίς |
| Διάσπαση γλυκόζης | Πλήρης | Μερική |
| Ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης | Μεγάλη | Πολύ μικρή |
| Προϊόντα (στα μυϊκά κύτταρα) | Διοξείδιο του άνθρακα και νερό | Γαλακτικό οξύ (τοξικό) |
| Διάρκεια | Μπορεί να συνεχίζεται συνεχώς | Μόνο για μικρό χρονικό διάστημα |
| Πότε κυριαρχεί | Ηρεμία και ήπια/μέτρια άσκηση | Πολύ έντονη άσκηση, όταν το δεν επαρκεί |
Συνοπτικά
Στην έντονη άσκηση ο οργανισμός πρώτα προσπαθεί να καλύψει τις ανάγκες του αυξάνοντας τους παλμούς και τον ρυθμό της αναπνοής, ώστε να φτάσει περισσότερο οξυγόνο στους μύες. Όταν αυτό δεν αρκεί, τα μυϊκά κύτταρα καταφεύγουν στην αναερόβια κυτταρική αναπνοή: παίρνουν λίγη ενέργεια από κάθε μόριο γλυκόζης, αλλά δουλεύουν πολύ γρήγορα ώστε να μη μείνουν από ενέργεια. Το τίμημα είναι το γαλακτικό οξύ, που φέρνει την κόπωση και βάζει τέλος στην έντονη προσπάθεια. 🥇