Chuyên đề 1: Sự biến đổi sinh hóa trong hoạt động cơ

Chuyên Đề 1 : SỰ BIẾN ĐỔI SINH HÓA TRONG HOẠT ĐỘNG CƠ
Xu Hướng Chung Của Sự Biến Đổi Sinh Hoá Trong Hoạt Động Cơ:
Sự biến đổi sinh hoá trong quá trình hoạt động cơ xảy ra không chỉ ở các cơ hoạt động mà còn ở trong nhiều cơ quan và các mô của cơ thể.
Để tăng cường khả năng hoạt động cơ, trước hết phải tăng đáng kể hệ thần kinh và thể dịch.
Các sản phẩm trung gian trong quá trình trao đổi năng lượng(axit adenozintriphotphat, axit lactic, cacbonic) được tạo thành trong cơ và vào máu.
 Sự tác động đồng thời của hệ thần kinh giao cảm và Ađrenalin dẫn đến tăng tần số tim và thể tích máu tuần hoàn. Các sản phẩm trung gian trong quá trình trao đổi năng lượng đựoc tạo thành trong cơ và chuyển vào máu làm tăng đẩy ion K+ và tiết acetylcolin, các sản phẩm này có tác động tại chỗ đến thành mao mạch của cơ và làm nó giãn rộng; đồng thời ađrenalin gây co mạch máu ở các cơ quan nội tạng. Đó là lí do từ khi bắt đầu vận động đã bắt đầu xãy ra sự phân bổ lại dòng máu trong cơ thể và tăng máu đến cơ quan hoạt động.
Dưới ảnh hưởng của Adrenalin cơ trơn của khí quản giản rộng do đó trao đổi khí ở phổi dể dàng hơn. 
Tất cả những biến đổ đó làm tăng cung cấp oxy cho cơ làm việc và tăng khả năng hoạt động 
SỰ CHUYỂN OXY TỚI CƠ ĐANG VẬN ĐỘNG:
Để cung cấp oxy cho cơ hoạt động thì thì vai trò lớn là ảnh hưỏng trực tiếp của các sản phẩm trao đổi chất đến các thụ thể hoá học nằm ở thành mạch máu và các xung động chuyển về hệ thần kinh trung ương , động thời dưới tác động của các chất đó làm giảm độ pH của máu, kích thích hoạt động của trung khu hô hấp.
tốc độ vận chuyển oxy là một trong những yếu tố quan trọng nhất xác định khả năng đảm bảo cho cơ hoạt động. 
oxy trong khi hít vào đựoc khuếch tán qua thành phế nang vào mao mạch do sự chênh lệch áp suất của nó ở phế nang và máu. ở khí phế nang phan áp oxy là 100-106 mm Hg, còn ở máu đến phổi lúc yên tĩnh là 70-80mm Hg. 
Chỉ một phần nhỏ oxy vào máu hoà tan trong huyết tương; còn phần lớn oxy liên kết với Homoglobin của hồng cầu(phương trình):
Khi nhiệt độ bằng 0o C và áp suất 760mm Hg, 100 gram Hemoglobin có thể liên kết với 134 ml O2, còn khi nhiệt độ của cơ thể bình thường thì thấp hơn một chút.
Khả năng liên kết Hemoglobin chịu ảnh hưởng của nhiệt độ máu và nồng độ ion H+ trong máu: nếu nhiệt độ càng cao và pH càng thấp thì càng nhiều oxy liên kết với Hemoglobin. Sự đào thải CO2 vào khí thở ra làm kiềm hoá máu và tăng độ bão hoà oxy của hemoglobin trong phân tử hemoglobin có 4 hem và tối đa nó liên kết với 4 phân tử O2. . Sau khi tương tác với oxy của hem đầu tiên trong 4 hem thì ái lực của hemoglobin với oxy tăng lên và sự liên kết của các phân tử oxy tiếp theo được dễ dàng hơn.
Máu được làm giàu oxy sẽ đi vào vòng tuần hoàn lớn. Trong yên tĩnh tim đẩy được 5-6 lít máu trong một phút, điều này có nghĩa máu chuyển từ phổi đến các mô được 250-300ml trong một phút. Trong thời gian hoạt động thể tích phút của máu tăng đên-40 lít, còn lượng oxy được máu vận chuyển tăng đến 5-6 lít/phút.
Tăng lượng khí CO2 và các sản phẩm trao đổi chất cũng như tăng nhiệt độ tại chỗ của máu ở mao mạch mô tạo điều kiện phân hủy oxyhomoglobin và giải phóng oxy. Do vậy nồng độ O2 tự do ở mao mạch mô cao hơn trong tế bào và oxy được khuếch tán vào tế bào.
Trong tế bào, trao đổi oxy xày ra nhờ sự trao đổi myoglobin có cấu trúc giống với hemoglobin. Myoglobin mang oxy đến ti lạp thể, là nơi xãy ra quá trình oxy hóa. Nó có thể dự trữ oxy. Trong quá trình hoạt động cơ ti lạp thể sử dụng oxy nhiều hơn, khi đó myoglobin nhường oxy dự trữ của mình và bắt đầu nhận oxy từ hemoglobin của máu. Myoglobin có ái lực hóa học với oxy cao hơn Hemoglobin, do đó nó đảm bảo bảo sử dụng oxy của mô do máu mang đến hoàn toàn hơn.
Huy động năng lượng dự trữ trong hoạt động cơ
Sự tăng cường nguồn dự trữ năng lượng của cơ đã làm tăng tốc độ phản ứng, đảm bảo năng lượng cho cơ hoạt động. Dự trữ CP được sử dụng ở những giây đầu tiên - giảm mạnh, sau đó nguồn năng lượng chính là đường. Trong điều kiện yếm khí, năng lượng được sử dụng chính là glycogen. Khi các bài tập kéo dài, dự trữ glycogen không đủ, do đó cần đến nguồn năng lượng dự trữ ngoài cơ, trước hết là glycogen gan. 
Để làm được điều đó nó cần phân hủy thành glucoza và máu sẽ chuyển nó đền cơ đang hoạt động. Quá trình phân hủy glycogen gan được kích thích bởi adrenalin và glucagon
Dự trữ đường của cơ thể thường không được sử dụng hoàn toàn, vì vậy nếu thời gian hoạt động càng kéo dài thì vai trò đảm bảo năng lượng thuộc về sản phẩm phân hủy mô-axit béo và thể xeton. Khi mức độ glucoza và axit lactid ở máu cao thì huy động mỡ từ nơi dự trữ gặp khó khăn; song khi nồng độ các chất đó giãm thì quá trình phân hủy mỡ được dễ dàng hơn. Sự phân hủy mở được tăng cường nhờ sự tăng andrenalin và hormon tuyến yên- somatotropin. Gan tăng cường hấp thu lipid từ máu và oxy hóa chúng. Vì vậy mà gan bắt đầu bài tiết vào máu nhiều thể xeton. Cơ thể sử dụng các thể xeton và axit béo tự do từ máu vào và oxy hóa chúng.
Cùng với việc tăng cường sử dụng mở trong trao đổi năng lượng khi hoạt động cơ kéo dài còn có thể xãy ra sự tái tạo đường từ các chất không phải đường. hormon tuyến thượng thận cortizol ảnh hưởng tới quá trình này. Cơ chất chính của quá trình tái tạo glucoza là axit amin. Một khối lượng không lớn quá trình tổng hợp đường còn có thể được tiến hành từ axit béo. Quá trình này xãy ra chủ yếu ở gan. 
IV hấp thụ oxy khi hoạt động cơ
Khi chuyển từ trạng thài yên tĩnh sang trạng thái hoạt động cơ trở nên căng thẳng, nhu cầu oxy tăng lên gấp nhiều lần, nhưng ngay lập tức nó không được thõa mãn. Cần có thời gian để tăng cường sự hoạt động của hệ hô hấp và tuần hoàn để máu được làm giàu oxy đi đến các cơ đang làm việc. khi tăng hoạt tính đảm bảo các hệ hoạt động thực vật, sự sử dụng oxy tăng dần ở các cơ đang vận động. khi hoạt động đã ổn định, nếu tần số tim tăng hơn 150 lần/phút thì tốc độ hấp thụ oxy tăng đến khi nào xuất hiện trạng thái ổn định các quá trình trao đổi chất. khi đó, sự hấp thụ oxy đạt mức không đổi và vào thời điểm nhất định nó tương ứng chính xác với nhu cầu oxy của cơ thể. Trạng thái đó được gọi là trạng thái ổn định thật. mức độ hấp thụ oxy ở trạng thái ổn định phụ thuộc vào công suất vận động.(hình). Khi hoạt động cơ nặng hơn trạng thái ổn định không được thiết lập và và hấp thụ oxy có thể tăng dần đến khi kết thúc công việc hoặc đạt đến chỉ số VO2max . 
 Ở trường hợp này có thể nhận thấy trạng thái ổn định giả khi mà nhu cầu oxy trong một khoảng thời gian giữ ổn định tối đa không phải vì nhu cầu oxy trong cơ thể được đáp ứng hoàn toàn mà khả năng của hệ tim- mạch đưa oxy đến các mô đã tới hạn. chính khả năng này trong phần lớn các trường hợp được quy định bởi khả năng hấp thụ oxy ở các tế bào cơ, mặc dù đôi khi yếu tố tới hạn là khả năng oxy hóa của chính các tế bào cơ tham gia hoạt động, trong đó phải kể đến hoạt tính men hô hấp trong ty thể.
Mức độ hấp thụ oxy tối đa không thể duy trì được lâu. Trong thời gian hoạt động kéo dài nó giảm xuống vì mệt mỏi.
Lượng oxy cần thiết đảm bảo cho cơ thể hoàn toàn thõa mãn nhu cầu năng lượng nhờ quá trình ưa khí gọi là nhu cầu oxy của vận động. khi hoạt động căng thẳng việc sử dụng oxy thực tế-oxy đến nơi- chỉ bao gồm một phần của oxy nhu cầu. hiệu số của nhu cầu oxy của vận động và oxy thực tế được hấp thụ gọi là nợ oxy của cơ thể. Trong điều kiện nợ oxy thì các phản ứng yếm khí tái tổng hợp ATP tăng cường làm tích tụ trong cơ thể các sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí chưa được oxy hóa. Trong thời gian hoạt động cơ, trạng thái ổn định được hình thành thì một phần các sản phẩm yếm khí được loại bỏ ngay lúc vận động nhờ sự tăng cường các phản ứng ưa khí, phần còn lại được lọai bỏ sau khi ngừng vận động. nếu trãng thái ổn định không xuất hiện hoặc ở trạng thái ổn định giả, số lượng các sản phẩm không oxy hóa sẽ tăng dần theo thởi gian vận động, và được đào thải trong giai đoạn phục hồi. 
Tạo thành nợ oxy trong hoạt động cơ
 Sự đào thải các chất chuyển hóa yếm khí có thể thực hiện bằng con đường oxy hóa chúng đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước hoặc bằng con đường tài tổng hợp thành chất ban đầu. Các quá trìn này đòi hỏi cần phải có lượng oxy bổ sung. Vì vậy nagy sau khi ngừng vận động một thời gian ngắn oxy sẽ được hấp thụ ở mức độ cao hơn so với yên tĩnh. Sự hồi phục dư thừa hấp thụ oxy này gọi là nợ oxy. Nợ oxy luôn luôn lớn hơn sự thiếu hụt oxy và càng hoạt động với công suất lớn và thời gian dài thì sự khác biệt đó càng lớn.
Ở giai đoạn hồi phục sau hoạt động cơ, khi cơ thể có lượng cơ chất đầy đủ cho quá trình oxy hóa sinh học và sự vận chuyển oxy tới ty lạp thể của tế bào không bị hạn chế thì mức độ sử dụng oxy phụ thuộc vào lượng ATP tự do. Chúng được kiểm soát bởi sự hô hấp trong lạp thể. Cơ chất của các biến đổi năng lượng oxy hóa là các chất chuyển hóa yếm khí tích tụ trong thời gian vận động: axit lactid, axit sucinic, anpha-glyxerophotphat, glucpza và ở gian đoạn hồi phục muộn hơn là axit béo. ADP là nguồn năng lượng của quá trình sử dụng năng lượng để tái tổng hợp CP từ creatin, glycogen từ axit lactid và glucoza, hồi phục cấu trúc màng tế bào lipoproteid đã bị phá hủy trong vận động, tiêu hao năng lượng khi thực hiện chức năng tuần hoàn, hô hấp mà hoạt động của nó vẫn ở mức độ cao sau khi ngừng vận động một thời gian.
Một phần oxy được hấp thụ them sau khi nghĩ dùng để hồi phục dự trữ của nó trong myoglobin và hemoglobin. Khi mệt mỏi hiệu suất sử dụng oxy giảm do rối loạn một phần quá trình oxy hóa và tạo ATP và CP, còn khi tăng lượng vận động thì ý nghĩa của tái tổng hợp glycogen, hồi phục cân bằng điện giải các quá trình tăng lên.
Sau khi ngừng vận động cơ thể xuất hiện trạng thái ổn định, sự hấp thụ oxy giãm nhanh: nợ oxy trải qua được 50% ( sau khoảng 30 giây), còn sau 3-5 phút thì nợ oxy được bù đắp hoàn toàn. Khi hoạt động với cường độ lớn hơn, đường cong giảm hấp thụ oxy xuất hiện hai pha – lúc đầu giảm nhanh, sau đó giảm chậm hơn và kéo dài rồi trở về vị trí yên tĩnh. Phần nhanh của nợ oxy( gọi là philactat) cho phép đánh giá tương đối chính xác sự đóng góp cơ chế creatin photphat trong việc đảm bảo năng lượng cho hoạt động; phần chậm(lactat) của nợ oxy khi hoạt động với thời gian ngắn có thể đặc trung cho sự phát triển của quá trình gluco phân, song nếu kéo dài công việc trong đó phần lớn sự nợ oxy còn có các quá trình khác nữa tham gia thì khó có thể đánh giá chính xác được. phần chậm nợ oxy giảm đi một nửa sau thời gian 15 – 25 phút và được bù đắp hoàn toàn sau 1.5-2 giờ.
Sự biến đổi sinh hóa các cơ quan và mô khi hoạt động cơ.
 Tim co bóp nhanh và mạnh trong thời gian hoạt động cơ đòi hỏi phải tăng tốc độ trao đổi năng lượng trong cơ tim. Đặc điểm của cơ tim khác cơ xương. Cơ tim có mạng lưới mao mạch dày đặc với lượng máu giàu oxy có hoạt tính men oxy hóa cao, vì vậy trong tim xảy ra các phản ứng oxy hóa ưa khí là chủ yếu. trong trạng thái tương đối yên tĩnh, nguồn năng lượng cơ bản để đảm bảo cho cơ tim hoaa5 động là axit béo, thể xeton và glucoza được máu đem đến; khi hoạt động căng thẳng cơ tim bắt đầu tăng cường hấp thụ axit lactid từ máu và oxy hóa chúng, còn dự trữ glycpgen ở cơ tim không sử dụng đến.
trong thời gian hoạt động, sự trao đổi năng lượng ở não bộ cũng tăng lên thể hiện ở chỗ não tăng hấp thụ glucoza và oxy từ máu, tăng tốc độ tái tạo glycogen và photpholipid tăng phân hủy protid và tích tụ amoniac. Não cũng như tim được cung cấp năng lượng nhờ quá trình ưa khí. Khi hoạt động với công suất rất lớn, hoặc với thời gian kéo dài, dự trữ photphat cao năng lượng ở tế bào thần kinh có thể giãm.
Trong lúc làm việc không thể theo dõi được các biến đổi sinh hóa xãy ra trong các cơ. Tuy nhiên những biến đổi đó thể hiện ở sự thay đổi thành phần máu, nước tiểu và khí thở ra. Vì vậy khi biết các quy luật cơ bản diễn ra các quá trình trao đổi chất trong cơ thể bằng cách phân tích máu, nước tiểu, khí thở ra, ta có thể đánh giá sự biến đổi các phản ứng năng lượng trong cơ, khả năng của cơ thể chống lại sự chuyển dịch của nội môi, tốc độ huy động các nguồn năng lượng dự trữ,
Các Chỉ Số Biến Đổi Sinh Hóa Trong Hoạt Động Cơ
Sự hấp thụ oxy :Chỉ số chính xác nhất về cừong độ và dung lượng của cơ chế tạo năng lượng ưa khí. Có thể đánh giá mức độ tiến triển gluco phân, sự thay đổi khi hàm lượng axit lactid trong máu thay đổi trong khi vận động ở những phút hồi phục đầu tiên.
Lượng sản phẩn phân hủy CP ở máu- creatin và creaatinin: Mức độ tham gia của phản ứng CPK-aza vào việc đảm bảo năng lượng cho cơ có thê xác định theo.
Lượng axit béo tự do và thể xeton ở trong máu: sự tham gia của lipid vào các phản ứng năng lượng có thể đánh giá theo.
Chỉ số cân bằng kiềm toan cho phép kết luận về khả năng của cơ thể chống đỡ tác động không thuận lợi của các sản phẩm axit của quá trình trao đổi năng lựong yếm khí
Lượng các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi chất trong máu phụ thuộc vào tốc độ tạo ra chúng trong tế bào, sự khuếch tán qua màng tế bào, sựu hấp thụ từ máu của các cơ quan và các mô khác. Vì vậy ở điều kiện hoạt động cơ khác nhau, một chỉ số đo của máu biểu hiện các mức độ chính xác khác nhau xãy ra trong tế bào cơ.
Hàm lượng glucoza trong máu thể hiện tốc độ huy động dự trữ đường của gan. Khi bắt đầu công việc cũng như khi thực hiện một công suất lớn trong thời gian ngắn, nồng độ glucoza trong máu tăng, điều đó chứng tỏ tốc độ huy động glycogen cao và cơ sử dụng glucoza với tốc độ thấp hơn nhiều. khi hoạt động ổn định lựong đường trong máu gần bằng lúc yên tĩnh vì tốc độ đi vào trong máu và tốc độ cơ sử dụng nó gần bằng nhau. Khi hoạt động kéo dài nồng độ đường có thể xuống thấp hơn so với yên tĩnh bởi vì sự trữ glycogen ở gan và tốc độ đi vào máu của nó giảm, mà sự hấp thụ của tế bào với glucoza tiếp tục ở mức cao.
Nồng độ axit lactid trong máu cho chúng ta bức tranh khá đầy đủ về cường độ của quá trình gluco phân trong các tế bào cơ. Axit lactid có khả năng khuếch tán nhanh từ cơ làm việc vào máu và tiếp theo nó đựoc oxy hóa với tốc độ thấp khi công việc căng thẳng kéo dài. Vì lượng axit lactid trong máu phụ thuộc vào tốc độ tạo thành nó trong cơ. Thường trong thời gian vận động lượng axit lactid trong cơ cao hơn trong máu nhưng ở thời điểm nồng độ đó đạt đến mức cao nhất thì sự cân bằng đựoc thiết lập.
Khi thực hiện công việc nhẹ và trung bình thì axit lactid tăng ít trong máu. Khi thực hiện bài tập kéo dài hơn thì nó lớn hơn nhiều (1-1,5g/l). nồng độ axid lactid tăng nhanh nhất ở phút thứ 2-10, còn sau đó giữ ở mức đó hoặc có thể giãm. Vì vậy nồng độ axit lactid cao nhất trong máu lúc bắt đầu vận động là khi hô hấp chưa phát triển tới mứac tối đa và sự tạo thành axid lactid chưa đựoc cân bằng bằng các quá trình oxy hóa. Khi thực hiện bài tập ở mức nhu cầu oxy lớn hon 85% VO2max thì nồng độ axid lactid trong máu luôn tăng đến chỉ số tối đa. Axit lactid là một axit mạnh, khi pân ly chúng tạo thành một lượng lớn hydro dạng ion. Một phần lượng ion này được liên kết với hệ thống đệm của máu và tế bào. 
Chỉ số pH: tỉ lệ nghịch với nồng độ axit lactid trong máu. Khi độ pH giảm xuống hơn 0.2 so với lúc yên tĩnh thì hoạt tính của rất nhiều men bị giảm, mà trước hết là men photphofructo-kinaza – là men then chốt kiểm soát quá trình gluco phân, vì vậy tốc độ chung của gluco phân giảm. Giảm pH ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thần kinh. Bình thường pH trong cơ thể ở mức 7.4. Khi hoạt động, pH có thể giảm xuống còn 7.0.
Thương số hô hấp: trong lúc yên tĩnh tồn tại tỉ lệ chặt chẽ giữa lượng axit cacbonic thở ra và sự hấp thụ oxy phụ thuộc vào đặc điểm các chất được oxy hóa để tạo năng lượng. Oxy hóa glucid thương số hô hấp bằng 1, lipid là 0.7-0.75, protid là 0.8. Trong chế độ ăn đảm bảo cân đối giữa Glucid- lipid- protid thì thương số hô hấp là 0.75. Khi xuất hiện sự dư thừa axid lactid thì thương số hô hấp có thể lớn hơn 1.
Hàm lượng protid: hoạt động cơ gây biến đổi protid và các sản phẩm thủy phân của chúng trong máu. Lượng protid ở huyết tương tăn lên do chúng đi ra từ các tế bào hoạt động ; tỷ lệ giữa các protid của máu thay đổi, các sản phẩm thủy phân protid tăng lên. Những thay đổi đó phụ thuộc vào thời gian vận động. khi hoạt động với thời gian ngắn, lượng protid đi vào máu không đáng kể, còn khi kéo dài hơn là lúc tính thẩm thấu của màng thay đổi mạnh thì nó tăng lên và protid thậm chí có thể xuất hiện trong ước tiểu. Sự tăng phân hủy axit lactid đặc biệt tăng mạnh khi thực hiện các bai tập được đảm bảo năng lượng bằng quá trình yếm khí.